Kim, Yongha;Kim, Pyunghwa;Kim, Hiyeop;Park, Jungsun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.450-466
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2017
This paper defines the modified effective membrane stiffness, bending stiffness considering the directionally dependent mechanical properties and mode shape function of a composite lattice rectangular plate, which is assumed to be a Kirchhoff-Love plate. It subsequently presents an approximate method of conducting a buckling analysis of the composite lattice rectangular plate with various boundary conditions under uniform compression using the Ritz method. This method considers the coupled buckling mode as well as the global and local buckling modes. The validity of the present method is verified by comparing the results of the finite element analysis. In addition, this paper performs a parametric analysis to investigate the effects of the design parameters on the critical load and buckling mode shape of the composite lattice rectangular plate based on the present method. The results allow a database to be obtained on the buckling characteristics of composite lattice rectangular plates. Consequently, it is concluded that the present method which facilitates the calculation of the critical load and buckling mode shape according to the design parameters as well as the parametric analysis are very useful not only because of their structural design but also because of the buckling analysis of composite lattice structures.
Heat losses from the receivers of a dish-type solar energy collecting system at the Korea Institute of Energy Research (KIER) are numerically investigated. It is assumed that a number of flat square mirrors are arranged on the parabolic dish structure to serve as a reflector. Two different types of receivers, which have conical and dome shapes, are considered for the system, and several modes of heat losses from the receivers are thoroughly studied. Using the Stine and McDonald model convective heat loss from a receiver is estimated. The Net Radiation Method is used to calculate the radiation heat transfer rate by emission from the inside surface of the cavity receiver to the environment. The Monte-Carlo Method is used to predict the radiation heat transfer rate from the reflector to the receiver. Tracing the photons generated, the reflection loss from the receivers can be estimated. The radiative heat flux distribution produced by a multifaceted parabolic concentrator on the focal plane is estimated using the cone optics method. Also, the solar radiation spillage around the aperture is calculated. Based on the results of the analysis, the performances of two different receivers with multifaceted parabolic solar energy collectors are evaluated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.699-704
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2004
Empirical mode decomposition(EMD) method has been recently proposed to analyze non-linear and non-stationary data. This method allows the decomposition of one-dimensional signals into intrinsic mode functions(IMFs) and is used to calculate a meaningful multi-component instantaneous frequency. In this paper, it is assumed that each mode of damped vibration signal could be well separated in the form of IMF by EMD. In this case, we can have a new powerful method to calculate natural frequencies and dampings from damped vibration signal which usually has multiple modes. This proposed method has been verified by both simulation and experiment. The result by EMD method which has used only output vibration data is almost identical to the result by FRF method which has used both input and output data, thereby proving usefulness and accuracy of the proposed method.
Stiff and light fibre reinforced composites as used in air- and space-craft applications tend to high sound emission. Therefore, the damping properties are essential for the entire structural and acoustic engineering. Viscous damping is an established and reasonably linear model of the dissipation behaviour. Commonly, it is assumed to be isotropic and constant over all modes. For anisotropic materials it depends on the fibre orientation as well as the elastic and thermal material properties. To portray the orthogonal anisotropic behaviour, a model for unidirectional fibre reinforced plastics (frp) has been developed based on the classical laminate theory by ADAMS and BACON starting in 1973. Their approach includes three damping coefficients - for longitudinal damping in fibre direction, damping transversal to the fibres and shear based dissipation. The damping of a laminate is then accumulated layer wise including the anisotropic stiffness. So far, the model has been applied mainly to thermoset matrix materials. In this study, an experimental parameter estimation for different thermoplastic frp with angle ply and cross ply layups was carried out by measuring free vibrations of cantilever beams. The results show potential and limits of the ADAMS/BACON damping criterion. In addition, a possibility of modelling the anisotropic damping is shown. The implementation in standard FEA software is used to study the influence of boundary conditions on the damping properties and numerically estimate the radiated sound power of thin-walled frp parts.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.13
no.4
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pp.1-10
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1976
It is a well-known phenomenon that, in the case of vibrations of an elastic body in a fluid such as water, the presence of the surrounding fluid has the effect of lowering the natural frequencies of the vibration as compared with those in air or vacuum on account of the increased inertia, i.e. added mass. In this report, defining the mass increase factor as the ratio of added mass to vibration mass of the body in air, the author investigated the mass increased factor of an elastic plate vibrating in the fluid. It is assumed that the edges of the plate are simply supported, and that the surrounding fluid is an infinite ideal one. For the problem formulation the elliptical cylindrical coordinate system is adopted, so that a rectangular plate may be represented by a sheet degenerated from an elliptical cylinder. By virtue of the coordinate system adopted, plates which are chordwisely finite and lengthwisely contineous could directly be treated, but plates which are chordwisely finite in both directions could not be treated directly. For the latter, hence, plates which are chordwisely finite and lengthwisely semi-finite are investigated as an appropriate approximation. Some examples of the mass increase factor are numerically calculated for the fundamental mode and modes of zero or one nodal line in each direction with the range of the aspect ratio from 1 to 10 or more.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.5
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pp.203-209
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2022
A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure's mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure's added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.
An exact dynamic analytical method for free vibrations of continuous partial-interaction composite beams is proposed based on the Timoshenko beam theory. The main advantage of this method is that the independent shear deformations and rotary inertia of sub-beams are considered, which is more in line with the reality. Therefore, the accuracy of eigenfrequencies obtained by this method is significantly improved, especially for higher order modes, compared to the existing methods where the rotary angles of both sub-beams are assumed to be equal irrespective of the differences in the shear stiffness of each sub-beam. Furthermore, the solutions obtained by the proposed method are exact owing to no introduction of approximated displacement and force fields in the derivation. In addition, an exact analytical solution for the case of simply supported is obtained. Based on this, an approximate expression for the fundamental frequency of continuous partial-interaction composite beams is also proposed, which is useful for practical engineering applications. Finally, the practicability and effectiveness of the proposed method and the approximate expression are explored using numerical and experimental examples; The influence factors including the interfacial interaction, shear modulus ratio, span-to-depth ratio, and side-to-main span length ratio on the eigenfrequencies are presented and discussed in detail.
Alaa A. Abdelrahman;Hanaa E. Abd-El-Mottaleb;Mohamed G. Elblassy;Eman A. Elshamy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.667-684
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2023
In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.585-597
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2013
In this study, in order to evaluate stability of the room-and-pillar underground structure, a series of preliminary numerical analyses were performed. Design concept and procedure of an underground structure for obtaining a space are proposed, which should be different from structural design for the room-and-pillar in mine. With assumed material properties, a series of numerical analyses were performed by varying size ratios of room and pillar and then the failure modes and location at yielding initiation were investigated. From the results, relationship between the ratio of pillar width to the roof span (w/s) and overburden pressure at failure initiation shows a relatively linear relation, and the effect of w/s on structural stability is much more critical than the ratio of pillar width and height (w/H) which is a crucial parameter in design of the room-and-pillar mining. It means that roof tensile failure and shear failure at shoulder and pillar are necessary to be considered together for confirming overall structural stability of the room-and-pillar structure, rather than considering the pillar stability only in mining. Failure modes and location at failure initiation were varied with respect to the ratio of room and pillar widths. Therefore, it is necessary to simultaneously consider stability of both roof span and pillar for design of underground structure by the room-and-pillar method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.10
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pp.424-429
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2018
In this study, an expansion joint that is susceptible to waterhammer was tested for its vibration durability. The operation data for the hydraulic actuator was the expansion length of the expansion joint when the waterhammer occurred. In the case of the vibration durability test, the internal temperature status of the expansion joint was assumed to be a stress factor and a lifespan prediction model was assumed to follow the Arrhenius model. A test was carried out by increasing the internal temperature status at $30^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, and $65^{\circ}C$. By a linear transformation of the lifespan data for each temperature, a constant value and activation energy coefficient was induced for the Arrhenius equation and verified by comparing the value of a lifetime prediction model with the experimental value at $85^{\circ}C$. The failure modes of the ongoing or finished test were leakage, bellows separation, and internal deformation. In the future, a composite lifespan prediction model, including two more stress factors, will be developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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