This paper presents a basic methodology and a set of numerical tools for the preliminary design of solid-fueled ramjet missiles. An elementary code determines the baseline system configuration comprised of warhead, guidance-control, and propulsion masses and geometries from specific correlations found in the literature. Then, the system is refined with the help of external and internal ballistics codes. Equations of motion are solved for the flight's ascending, cruising, and descending stages and the internal ballistic set of equations designs the ramjet engine based on liquefying fuels. The combined tools sized the booster and the ramjet sustainer engines for a long-range missile, intended to transport 200 kg of payload for more than 300 km range flying near 14,000 m altitude at Mach 3.0. The refined system configuration had 600 mm in diameter and 8,500 mm in length with overall mass of 2,128 kg and 890 kg/m3 density. Ramjet engine propellant mass fraction was estimated as 74%. Increased missile range can be attained with paraffin-polyethylene blend burning at near constant regression rate through primary air mass flow rate control and lateral 2-D air intakes.
This paper presents an innovative stress-function variational approach in formulating the interfacial shear and normal stresses in an externally bonded concrete joint using carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) plies. The joint is subjected to surface traction loadings applied at both ends of the concrete substrate layer. By introducing two interfacial shear and normal stress functions on the CFRP-concrete interface, based on Euler-Bernoulli beam idea and static stress equations of equilibrium, the entire stress fields of the joint were determined. The complementary strain energy was minimized in order to solve the governing equation of the joint. This yields an ordinary differential equation from which the interfacial normal and shear stresses were proposed explicitly, satisfying all the multiple traction boundary conditions. Lamination theory for composite materials was also employed to obtain the interfacial stresses. The proposed approach was validated by the analytic models in the literature as well as through a comprehensive computational code generated by the authors. Furthermore, a numerical verification was carried out via the finite element software ABAQUS. In the end, a scaling analysis was conducted to analyze the interfacial stress field dependence of the joint upon effective issues using the devised code.
The performances of lifting surfaces are particularly critical in specific flight conditions like takeoff and landing. Different systems can be used to increase the lift and drag coefficients in such conditions like slat, flap or ailerons. Nevertheless they increase the losses and make difficult the mechanical design of wing structures. Morphing surfaces are a compromise between a right increase in lift and a reduction of parts movements involved in the actuation. Furthermore these systems are suitable for more than one flight condition with low inertia problems. So, flap and slats can be easily substituted by the corresponding morphing shapes. This paper deals with a genetic optimization of an airfoil with morphing flap with an already optimized nose. Indeed, two different codes are used to solve the equations, a finite volume code suitable for structured grids named ZEN and the EulerBoundary Layer Drela's code MSES. First a number of different preliminary design tests were done considering a specific set of design variables in order to restrict the design region. Then a RANS optimization with a single design point related to the take-off flight condition has been carried out in order to refine the previous design. Results are shown using the characteristic curves of the best and of the baseline reported to outline the computed performances enhancements. They reveal how the contemporary use of a morphing acting on the nose of the main component and the trailing edge of the flap drive towards a total not negligible increment in lift.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.1-10
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1991
Two-dimensional explicit finite element code was developed. The transient dynamics code can analyse large deformations of non-linear materials subjected to extremely high strain rates. The Lagrangian finite element program uses an explicit time integration operator to integrate the equations of motion, thus the stiffness matrix is not introduced. Cylinder upsetting and ring compression problems are simulated to check the effects of friction and inertia force. It is shown that (1) calculated results agree very well with experimental results, (2) constant shear friction method overestimates the decrease of inner ring radius and then underestimates after on in comparison with the Coulomb friction method, and (3) the effect of the increase in initial strain rate is similar to the effect of higher frictional coefficient.
Bileaflet mechanical valves have the complications such as hemolytic and thromboembolic events, leaflet damage, and leaflet break. These complications are related with the fluid velocity and shear stress characteristics of mechanical heart valves. This fact makes clear the importance of determining the fluid velocity and shear stress characteristics of mechanical heart valves, and requires a detailed understanding of these system properties and further substantial research. The first aim of current study is to introduce fluid-structure interaction method for calculation of unsteady and three-dimensional blood flow through bileaflet valve and leaflet behavior interacted with its flow, and to overcome the shortness of previous studies, where the leaflet motion has been ignored or simplified, by using FSI method. To accomplish this goal, a finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code have been used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, to investigate the interaction between the blood flow and leaflet. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were prescribed as flow boundary conditions. The interaction of aortic flow and valve motion were computed.
A numerical analysis of the pulse-jet cleaning characteristics in a porous ceramic candle filter system was performed. To obtain the detailed velocity and pressure distribution during the cleaning process in a porous filter system, the axi-symmetric compressible Navier-Stokes equations including energy conservation equation were solved by using the FLUENT code which adopts FVM (Finite Volume Method). The effects of pulse cleaning nozzle diameter, nozzle tip position, permeability of a porous ceramic candle filter, diffuser throat diameter, and cleaning pressure on the cleaning flow characteristics were investigated extensively.
Kim, Hyoung-Jong;Kim, Hae-Jin;Choi, Jin-Joo;So, Jun-Ho
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.12
no.6
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pp.760-767
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2009
This thesis focuses on the study of high-power, coupled-cavity traveling-wave tube(CCTWT) for radar applications. The CCTWT employed a reentrant double-slot staggered RF cavity structure. Computational analysis of the X-band, double-slot staggered structures is carried out through the use of HFSS code, which solves Maxwell's equations fully in three-dimensions. The non-linear, large-signal performance of CCTWTs are predicted from numerical simulations using a three-dimensional particle-in-cell code, MAGIC3D. With beam voltage set to 12.7~13kV and beam current at 300mA, the CCTWT produces a saturated radiation power of 350~430W, corresponding to an electronic efficiency of 8.9~11.2% and a gain of 23.7~24.2dB within a frequency range of 7.9~8.4GHz.
Gas Chromatography (GC) is a wisely technique used for the separation and analysis of liquid and gas sample. Separation of the sample vapors is achieved via their differential migration through a capillary column with an insert carrier gas. The identity and quantity of each vapor in the mixer can be determined from its retention time in the column and a particular property of the gas, such as thermal conductivity, which can be related to the concentration of sample vapor in the carrier gas. Therefore, the flow characteristics in the spiral gas chromatographic column are numerically investigated in this study. Especially, different pressure drop between the front and the rear of GC column with various flow rates is estimated the governing equations are derived from making using of three-dimensional Naver-Stokes equation with incompressible and laminar model due to the nature of low Reynolds number flow. Using a commercial code, FLUENT, the pressure and flow fields in GC column are calculated with various flow rates. The characteristics of thermal cycling which is one of the most important factors affecting the column efficiency and analysis time is also estimated. Furthermore, numerical analyses are also carried out by using commercial code, ANSYS, with various values of power, which is applied to the heating element located at lower GC column.
This paper presents a new method to study the impact factor of an old bridge based on the model updating technique. Using the genetic algorithm (GA) by minimizing an objective function of the residuals between the measured and predicted responses, the bridge and vehicle coupled vibration models were updated. Based on the displacement relationship and the interaction force relationship at the contact patches, the vehicle-bridge coupled system can be established by combining the equations of motion of both the bridge and vehicles. The simulated results show that the present method can simulate precisely the response of the tested bridge; compared with the other bridge codes, the impact factor specified by the bridge code of AASHTO (LRFD) is the most conservative one, and the value of Chinese highway bridge design code (CHBDC) is the lowest; for the large majority of old bridges whose road surface conditions have deteriorated, calculating the impact factor with the bridge codes cannot ensure the reliable results.
This paper presents the behavior and design of axially loaded normal and steel fiber reinforced concrete in-filled steel tube (SFRCFT) columns, to examine the contribution of steel fibers on the compressive strength of the composite columns. Non-linear finite element analysis model (FEA) using ANSYS software has been developed and used in the analysis. The confinement effect provided by the steel tube is considered in the analysis. Comparisons of the analytical model results, along with other available experimental outputs from literature have been done to verify the structural model. The compressive strength and stiffness of SFRC composite columns were discussed, and the interpretation of the FEA model results has indicated that, the use of SFRC as infill material has a considerable effect on the strength and stiffness of the composite column. The analytical model results were compared with the existing design methods of composite columns - (EC4, AISC/LRFD and the Egyptian code of Practice for Steel Construction, ECPSC/LRFD). The comparison indicated that, the results of the FEA model were evaluated to an acceptable limit of accuracy. The code design equations were modified to introduce the steel fiber effect and compared with the results of the FEA model for verification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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