A finite element method which is discontinuous in time is developed for the solution of the classical parabolic model of heat conduction problems. The approximations are continuous with respect to the space variables for each fixed time, but they admit discontinuities with respect to the time variable at each time step. The method is superior to other well-known approaches to these problems in that it allows a wider range of moving boundary value problems to be dealt with, such as are encountered in complex engineering operations like ground freezing. The method is applied to one-dimensional and two-dimensional heat conduction problems in this paper, although it could be extended to more higher dimensional problems. Several example problems are discussed and illustrated, and comparisons are made with analytical approaches where these can also be used.
Multi-regional water supply system, which installed for supplying multiple water demands, is characterized by large-sized, long-distance, tree-type layout. This system is vulnerable to long-standing service interruption when a pipe breaks is occurred. In this study, a numerical method is proposed to calculate drainage time that directly affects time of service interruption. To begin with, governing equations are formulated to embed the delayed drainage effect by the friction loss, and to resolve complicated connection of pipelines, which are derived from the continuity and energy equations. The nonlinear hydraulic equations are solved by using explicit time integration method and the Newton-Raphson method. The developed model is verified by comparing the result with analytical solution. Furthermore, the model's applicability is validated by the examples of pipelines in serial, in parallel, and complex layout. Finally, the model is utilized to suggest an appropriate actions to reduce the deviation of draining time in the C transmission line of the B multi-regional water supply system.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.2
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pp.84-88
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2012
A numerical skill for effective treatment of inclined boundaries in a finite element method is introduced. A finite element method has been frequently used to simulate hydraulic phenomena in a coastal zone since it can be applied to irregular and complex geometry. In case elliptic partial equations are governing equations for a finite element model, however, there is a difficulty in treating boundary conditions properly for cases in which boundaries are vertically inclined. In this study, a method to treat such inclined boundaries using Bessel functions for a finite element method is introduced and compared with analytical solutions.
In this study, the problem of discontinuous contact in two functionally graded (FG) layers resting on a rigid plane and loaded by two rigid blocks is solved by the finite element method (FEM). Separate analyzes are made for the cases where the top surfaces of the problem layers are metal, the bottom surfaces are ceramic and the top surfaces are ceramic and the bottom surfaces are metal. For the problem, it is accepted that all surfaces are frictionless. A two-dimensional FEM analysis of the problem is made by using a special macro added to the ANSYS package program The solution of this study, which has no analytical solution in the literature, is given with FEM. Analyzes are made by loading different Q and P loads on the blocks. The normal stress (σy) distributions at the interfaces of FG layers and between the substrate and the rigid plane interface are obtained. In addition, the starting and ending points of the separations between these surfaces are determined. The normal stresses (σx, σy) and shear stresses (τxy) at the point of separation are obtained along the depth. The results obtained are shown in graphics and tables. With this method, effective results are obtained in a very short time. In addition, analytically complex and long problems can be solved with this method.
Biophysicochemical processes in water environments and treatment systems have been great concerns of engineers and scientists for controlling the fate and transport of contaminants. These processes are practically formulated as mathematical models written in coupled differential equations. However, because these process-based mathematical models consist of a large number of model parameters, they are complicated in analytical or numerical computation. Users need to perform substantial trials and errors to achieve the best-fit simulation to measurements, relying on arbitrary selection of fitting parameters. Therefore, this study adopted a Bayesian calibration method to estimate best-fit model parameters in a systematic way and evaluated the applicability of the calibration method to biophysicochemical processes of water environments and treatment systems. The Bayesian calibration method was applied to the microbial growth-decay kinetics and flocculation kinetics, of which experimental data were obtained with batch kinetic experiments. The Bayesian calibration method was proven to be a reasonable, effective way for best-fit parameter estimation, demonstrating not only high-quality fitness, but also sensitivity of each parameter and correlation between different parameters. This state-of-the-art method will eventually help scientists and engineers to use complex process-based mathematical models consisting of various biophysicochemical processes.
Lee, Seung Ha;Kim, Ji Ae;Choi, Seung Hyeon;Kim, Young Soon;Choi, Dal Woong
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.6
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pp.1689-1692
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2013
Food is a common source of chromium (Cr) exposure. However, it is difficult to analyze Cr in complex food matrices by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) because the major isotope, $^{52}Cr$, is masked by interference generated by the sample matrix and the plasma gas. Among the systems available to minimize interference, the recently developed collision-reaction interface (CRI) has a different structure relative to that of other systems (e.g., collision cell technology, octopole reaction system, and dynamic reaction cell) that were designed as a chamber between the skimmer cone and quadrupole. The CRI system introduces collision or reaction gas directly into the plasma region through a modified hole of skimmer cone. We evaluated the use of an CRI ICP-MS system to minimize polyatomic interference of $^{52}Cr$ and $^{53}Cr$ in various foodstuffs. The $^{52}Cr$ concentrations measured in the standard mode were 2-3 times higher than the certified values. This analytical method based on an ICP-MS system equipped with a CRI of helium gas was effective for Cr analysis in complex food matrices.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.205-210
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2001
In this work, virtual material characterization of 3D orthogonal woven composites is performed to predict the elastic properties by a full scale FEA. To model the complex geometry of 3D orthogonal woven composites, an accurate unit structure is first prepared. The unit structure includes warp yarns, filler yarns, stuffer yams and resin regions and reveals the geometrical characteristics. For this virtual experiments by using finite element analysis, parallel multifrontal solver is utilized and the computed elastic properties are compared to available experimental results and the other analytical results. It is founded that a good agreement between material properties obtained from virtual characterization and experimental results. Using the method of this virtual material characterization, the effects of inconsistent filler yarn distribution on the in-plane shear modulus and filler yarn waviness on the transverse Young's modulus are investigated. Especially, the stiffness knockdown of 3D woven composite structures is simulated by virtual characterization. Considering these results, the virtual material characterization of composite materials can be used for designing the 3D complex composite structures and may supplement the actual experiments.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.236-240
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2005
This paper deals with friction-induced vibration of disc brake system under constact friction coefficient. A linear, finite element model to represent the floating caliper disc brake system is proposed. The complex eigenvalues are used to investigate the dynamic stability and in order to verify simulations which are based on the FEM model, The comparison of experimental and analytical results shows a good agreement and the analysis indicates that mode coupling due to friction force and geometric instability is responsible fur disc brake squeal. And the Front brake system reduced the squeal noise using design of experiment method(DOE). This helped to validate the FEM model and establish confidence in the simulation results. Also they may be useful during real disk brake model.
An on-line digestion system based on the flow injection analysis technique was presented for the determination of total phosphorus. The system converts condensed and organic phosphoruses into orthophosphate that can be analyzed spectrophotometically. The reaction between orthophosphate and ammonium molybdate in a strong acid medium forms the yellow complex of phosphomolybdate which is next reduced to a molybdic blue complex by stannous chloride. The quantitation of orthophosphate is based on the absorbance of the molybdic blue. To determine total phosphorus, the digestion system was installed between the sample injector and the reaction coil with the added lines of digestion solution(potassium persulfate+sulfuric acid) and the $H_2O$ carrier. The system has shown that the digestion efficiencies were greater than 95% for the typical condensed and organic phosphoruses. When tripolyphosphate standards were used, the calibration data showed that the linear dynamic range extended to a concentration of 1.5ppm with the detection limit of 25ppb total phosphorus. The typical relative standard deviation was less than 2%. The proposed system was successfully applied to lake water, wastewater, and streamwater. The analytical variables such as digestion efficiency, analysis time, and reproducibility were evaluated and compared with the manual digestion method.
Cyclic voltammetry and chronocoulometry have been used for characterization of catechol violet (CV) at the hanging mercury drop electrode in acetic acid-sodium acetate buffer solution. At pH 2.94 a nearly symmetric cyclic voltammetric wave due to an irreversible weak adsorption of CV on mercury was obtained at concentration of $0.53{\mu}mol\;dm ^{-3}$. Under these conditions, CV adsorbes in a monolayer. Upon increasing the concentration, the symmetry of the wave decreases; it can be attributed to a mixed diffusion adsorption process. The amount of the adsorbed catechol violet on the HMDE expressed as surface concentration as well as the surface areaf occupied by one molecule$(\sigma)$ were calculated. It was found that the values obtained for f and o utilizing cyclic voltammetric and chrono-coulometry are almost identical. A 1:1 and 1:2 Th (IV)-CV complexes are formed on addition of thorium (IV) to catechol violet. These complexes are adsorbed and reduced on the HMDE at more negative potentials than the peak potential of free CV, Using the square-wave (SW) technique, the adsorptive cathodic stripping voltammetry, ACSV, of these complexes was studied. It was found that the SW-ACSV of Th(IV)-CV can be applied to the determination of thorium at the nanomole level. Optimum conditions and the analytical method of determination were presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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