Ebrahimi, Farzad;Hosseini, S. Hamed S.;Selvamani, Rajendran
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.5
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pp.565-584
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2020
The nonlinear thermo-electro-elastic buckling behavior of viscoelastic nanoplates under magnetic field is investigated based on nonlocal elasticity theory. Employing nonlinear strain-displacement relations, the geometrical nonlinearity is modeled while governing equations are derived through Hamilton's principle and they are solved applying semi-analytical generalized differential quadrature (GDQ) method. Eringen's nonlocal elasticity theory considers the effect of small size, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nano-sensors and nano actuators. Based on Kelvin-Voigt model, the influence of the viscoelastic coefficient is also discussed. It is demonstrated that the GDQ method has high precision and computational efficiency in the buckling analysis of viscoelastic nanoplates. The good agreement between the results of this article and those available in literature validated the presented approach. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as electric voltage, small scale effects, elastomeric medium, magnetic field, temperature effects, the viscidity and aspect ratio of the nanoplate on its nonlinear buckling characteristics. It is explicitly shown that the thermo-electro-elastic nonlinear buckling behavior of viscoelastic nanoplates is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of viscoelastic nanoplates as fundamental elements in nanoelectromechanical systems.
In this study, a zero-crossing spike current issue in a totem-pole bridgeless power factor correction (PFC) converter is comprehensively investigated for the first time. Spike current occurs when input voltage crosses zero, becomes a noise source, and causes severe common mode emission issues. A generation mechanism for electromagnetic interference (EMI) is presented to investigate the EMI problem caused by zero-crossing issue, and a noise spectrum due to this issue is predicted by a theoretical analysis based on the Fourier coefficient of an approximate spike current waveform. Furthermore, a noise reduction method is proposed and then improved to reduce the spike current. Experimental measurements are implemented on a GaN-based totem-pole bridgeless PFC converter, and the spike current can be effectively suppressed through the proposed method. Furthermore, the noise spectrums measured without and with the reduced zero-crossing spike current are compared. Experimental results validate the analysis of the noise spectrum caused by the zero-crossing spike current issue.
Jiang, Yunfeng;Wu, Dongsheng;Liu, Jie;Tian, Kuo;Wang, Dan
Current Optics and Photonics
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v.6
no.6
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pp.608-618
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2022
By analyzing the signal-to-noise ratio (SNR) theory of the conventional true color night vision system, we found that the output image SNR is limited by the wavelength range of the system response λ1 and λ2. Therefore, we built a double-channel four-band true color night vision system to expand the system response to improve the output image SNR. In the meantime, we proposed an image fusion method based on principal component analysis (PCA) and nonsubsampled shearlet transform (NSST) to obtain the true color night vision images. Through experiments, a method based on edge extraction of the targets and spatial dimension decorrelation was proposed to calculate the SNR of the obtained images and we calculated the correlation coefficient (CC) between the edge graphs of obtained and reference images. The results showed that the SNR of the images of four scenes obtained by our system were 125.0%, 145.8%, 86.0% and 51.8% higher, respectively, than that of the conventional tri-band system and CC was also higher, which demonstrated that our system can get true color images with better quality.
The size-dependent nonlinear thermomechanical vibration analysis of pre- and post-buckled tapered two-directional functionally graded (2D-FG) microbeams is presented in this study. In the context of the modified couple stress theory, the formulations are derived based on the parabolic shear deformation beam theory and von Karman nonlinear strains. Different thermomechanical material properties are assumed to be temperature-dependent and smoothly vary in both length and thickness directions using the power law and the physical neutral axis concept is employed. The nonlinear governing equations are derived using the Hamilton principle and the resulting variable coefficient equations of motion are solved using the differential quadrature method (DQM) and iterative Newton's method for clamped-clamped and simply supported boundary conditions. Comparison studies are presented to validate the derived model and solution procedure. The impacts of induced thermal moments, temperature power index, two gradient indices, nonuniform cross-section, and microstructure length scale parameter on the frequency-temperature configurations are explored for both clamped and simply supported microbeams.
Yaylaci, Murat;Yaylaci, Ecren Uzun;Ozdemir, Mehmet Emin;Ay, Sevil;Ozturk, Sevval
Steel and Composite Structures
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v.45
no.4
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pp.501-511
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2022
In this study, a two-dimensional model of the contact problem has been examined using the finite element method (FEM) based software ANSYS and based on the multilayer perceptron (MLP), an artificial neural network (ANN). For this purpose, a functionally graded (FG) half-infinite layer (HIL) with a crack pressed by means of two rigid blocks has been solved using FEM. Mass forces and friction are neglected in the solution. Since the problem is analyzed for the plane state, the thickness along the z-axis direction is taken as a unit. To check the accuracy of the contact problem model the results are compared with a study in the literature. In addition, ANSYS and MLP results are compared using Root Mean Square Error (RMSE) and coefficient of determination (R2), and good agreement is found. Numerical solutions are made by considering different values of external load, the width of blocks, crack depth, and material properties. The stresses on the contact surfaces between the blocks and the FG HIL are examined for these values, and the results are presented. Consequently, it is concluded that the considered non-dimensional quantities have a noteworthy influence on the contact stress distributions, and also, FEM and ANN can be efficient alternative methods to time-consuming analytical solutions if used correctly.
The in-situ stresses of concrete are an essential index for assessing the safety performance of concrete structures. Conventional methods for pore pressure release often face challenges in selecting drilling ring parameters, uncontrollable stress release, and unstable detection accuracy. In this paper, the parameters affecting the results of the concrete ring hole stress release method are cross-combined, and finite elements are used to simulate the combined parameters and extract the stress release values to establish a training set. The GridSearchCV function is utilized to determine the optimal hyperparameters. The mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), and coefficient of determination (R2) are used as evaluation indexes to train the gradient boosting decision tree (GBDT) algorithm, and the other three common algorithms are compared. The RMSE of the GBDT algorithm for the test set is 4.499, and the R2 of the GBDT algorithm for the test set is 0.962, which is 9.66% higher than the R2 of the best-performing comparison algorithm. The model generated by the GBDT algorithm can accurately calculate the concrete in-situ stresses based on the drilling ring parameters and the corresponding stress release values and has a high accuracy and generalization ability.
The fundamental period is an important parameter for seismic design and seismic risk assessment of building structures. In this paper, a simplified theoretical method to predict the fundamental period of masonry infilled reinforced concrete (RC) frame is developed based on the basic theory of engineering mechanics. The different configurations of the RC frame as well as masonry walls were taken into account in the developed method. The fundamental period of the infilled structure is calculated according to the integration of the lateral stiffness of the RC frame and masonry walls along the height. A correction coefficient is considered to control the error for the period estimation, and it is determined according to the multiple linear regression analysis. The corrected formula is verified by shaking table tests on two masonry infilled RC frame models, and the errors between the estimated and test period are 2.3% and 23.2%. Finally, a probability-based method is proposed for the corrected formula, and it allows the structural engineers to select an appropriate fundamental period with a certain safety redundancy. The proposed method can be quickly and flexibly used for prediction, and it can be hand-calculated and easily understood. Thus it would be a good choice in determining the fundamental period of RC frames infilled with masonry wall structures in engineering practice instead of the existing methods.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.13
no.5
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pp.979-986
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2018
This paper deals with acoustic echo cancellation using blind signal separation method. This method does not degrade the echo cancellation performance even during double-talk. In the closed echo environment, the mixing model of acoustic signals is multi-channel, so the convolutive blind signal separation method is applied and the mixing coefficients are calculated by using the feedback model without directly calculating the separation coefficients for signal separation. The coefficient update is performed by iterative calculations based on the second-order statistical properties, thus estimates the near-end speech. A number of simulations have been performed to verify the performance of the proposed blind signal separation method. The simulation results show that the acoustic echo canceller using this method operates safely regardless of the presence of double-talk, and the PESQ is improved by 0.6 point compared with the general adaptive FIR filter structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.5
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pp.67-74
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2015
RC (Reinforced Concrete) structures are considered as cost-benefit and durable however performances of structural safety and durability are degraded due to steel corrosion. Service life in RC structure is differently evaluated due to different local environmental conditions even if it is exposed to the same chloride attack. In the paper, 25 concrete cores from field investigation are obtained from 4 RC columns with duration of 3.5~4.5 years exposed to sea water. Through total chloride content measurement, surface chloride contents and apparent diffusion coefficients are evaluated. Service life of the target structure is estimated through deterministic method based on Fick's $2^{nd}$ Law and probabilistic method based on durability failure probability, respectively. Probability method is evaluated to be more conservative and relatively decreased service life is evaluated in tidal zone and splash zone over 40.0 m. Chloride penetration behavior with coring location from sea level and the present limitations of durability design method are investigated in the paper.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.65-65
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2012
Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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