Jae Hyun Choi;Jung Yoon;Sungkun Chung;Namhyeong Kim;HangJin Jo
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2697-2711
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2023
In this study, the validity of reducing the number of gas turbine stages designed for a nitrogen Brayton cycle coupled to a sodium-cooled fast reactor was assessed. The turbine performance was evaluated through computational fluid dynamics (CFD) simulations under different off-design conditions controlled by a reduced flow rate and reduced rotational speed. Two different multistage gas turbines designed to extract almost the same specific work were selected: two- and three-stage turbines (mid-span stage loading coefficient: 1.23 and 1.0, respectively). Real gas properties were considered in the CFD simulation in accordance with the Peng-Robinson's equation of state. According to the CFD results, the off-design performance of the two-stage turbine is comparable to that of the three-stage turbine. Moreover, compared to the three-stage turbine, the two-stage turbine generates less entropy across the shock wave. The results indicate that under both design and off-design conditions, increasing the stage loading coefficient for a fewer number of turbine stages is effective in terms of performance and size. Furthermore, the Ellipse law can be used to assess off-design performance and increasing exponent of the expansion ratio term better predicts the off-design performance with a few stages (two or three).
Organic solar cells utilized natural polymers to convert solar energy to electricity. The demands for green energy production and less disposal of toxic materials make them one of the interesting candidates for replacing conventional solar cells. However, the different aspects of their properties including mechanical strength and stability are not well recognized. Therefore, in the present study, we aim to explore the chaotic responses of these organic solar cells. In doing so, a specific type of organic solar cell constructed from layers of material with different thicknesses is considered to obtain vibrational and chaotic responses under different boundaries and initial conditions. A square plate structure is examined with first-order shear deformation theory to acquire the displacement field in the laminated structure. The bounding between different layers is considered to be perfect with no sliding and separation. On the other hand, nonlocal elasticity theory is engaged in incorporating the structural effects of the organic material into calculations. Hamilton's principle is adopted to obtain governing equations with regard to boundary conditions and mechanical loadings. The extracted equations of motion were solved using the perturbation method and differential quadrature approach. The results demonstrated the significant effect of relative glass layer thickness on the chaotic behavior of the structure with higher relative thickness leading to less chaotic responses. Moreover, a comprehensive parameter study is presented to examine the effects of nonlocality and relative thicknesses on the natural frequency of square organic solar cell structure.
Chunping Wang;Keming Chen;Abbas Yaseen Naser;H. Elhosiny Ali
Earthquakes and Structures
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v.24
no.2
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pp.127-140
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2023
The vibration of microtubule in human cells is the source of electrical field around it and inside cell structure. The induction of electrical field is a direct result of the existence of dipoles on the surface of the microtubules. Measuring the electrical fields could be performed using nano-scale sensors and the data could be transformed to other computers using internet of things (IoT) technology. Processing these data is feasible by artificial intelligence-based methods. However, the first step in analyzing the vibrational behavior is to study the mechanics of microtubules. In this regard, the vibrational behavior of the microtubules is investigated in the present study. A shell model is utilized to represent the microtubules' structure. The displacement field is assumed to obey first order shear deformation theory and classical theory of elasticity for anisotropic homogenous materials is utilized. The governing equations obtained by Hamilton's principle are further solved using analytical method engaging Navier's solution procedure. The results of the analytical solution are used to train, validate and test of the deep neural network. The results of the present study are validated by comparing to other results in the literature. The results indicate that several geometrical and material factors affect the vibrational behavior of microtubules.
Mohamed, Salwa;Assie, Amr E.;Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.305-330
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2022
This article aims to investigate the static deflection and stress analysis of bi-directional functionally graded porous plate (BDFGPP) modeled by unified higher order kinematic theories to include the shear stress effects, which not be considered before. Different shear functions are described according to higher order models that satisfy the zero-shear influence at the top and bottom surfaces, and hence refrain from the need of shear correction factor. The material properties are graded through two spatial directions (i.e., thickness and length directions) according to the power law distribution. The porosities and voids inside the material constituent are described by different cosine functions. Hamilton's principle is implemented to derive the governing equilibrium equation of bi-directional FG porous plate structures. An efficient numerical differential integral quadrature method (DIQM) is exploited to solve the coupled variable coefficients partial differential equations of equilibrium. Problem validation and verification have been proven with previous prestigious work. Numerical results are illustrated to present the significant impacts of kinematic shear relations, gradation indices through thickness and length, porosity type, and boundary conditions on the static deflection and stress distribution of BDFGP plate. The proposed model is efficient in design and analysis of many applications used in nuclear, mechanical, aerospace, naval, dental, and medical fields.
The comprehension and structural modeling of masonry constructions is fundamental to safeguard the integrity of built cultural assets and intervene through adequate actions, especially in earthquake-prone regions. Despite the availability of several modeling strategies and modern computing power, modeling masonry remains a great challenge because of still demanding computational efforts, constraints in performing destructive or semi-destructive in-situ tests, and material uncertainties. This paper investigates the shear behavior of masonry walls by applying a plane-stress FE continuum model with the Modified Masonry-like Material (MMLM). Epistemic uncertainty affecting input parameters of the MMLM is considered in a probabilistic framework. After appointing a suitable probability density function to input quantities according to prior engineering knowledge, uncertainties are propagated to outputs relying on gPCE-based surrogate models to considerably speed up the forward problem-solving. The sensitivity of the response to input parameters is evaluated through the computation of Sobol' indices pointing out the parameters more worthy to be further investigated, when dealing with the seismic assessment of masonry buildings. Finally, masonry mechanical properties are calibrated in a probabilistic setting with the Bayesian approach to the inverse problem based on the available measurements obtained from the experimental load-displacement curves provided by shear compression in-situ tests.
Slimane Debbaghi;Mouloud Dahmane;Mourad Benadouda;Hassen Ait Atmane;Nourddine Bendenia;Lazreg Hadji
Coupled systems mechanics
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v.13
no.1
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pp.43-60
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2024
This work presents an analytical approach to investigate wave propagation in bi-directional functionally graded cantilever porous beam. The formulations are based on Touratier's higher-order shear deformation beam theory. The physical properties of the porous functionally graded material beam are graded through the width and thickness using a power law distribution. Two porosities models approximating the even and uneven porosity distributions are considered. The governing equations of the wave propagation in the porous functionally graded beam are derived by employing the Hamilton's principle. Closed-form solutions for various parameters and porosity types are obtained, and the numerical results are compared with those available in the literature.The numerical results show the power law index, number of wave, geometrical parameters and porosity distribution models affect the dynamic of the FG beam significantly.
Seong Min Kim;Soo Jung Lee;Venu Venkatarame;Gowda Saralamma;Sang Eun Ha;Preethi Vetrivel;Kebede Taye Desta;Jin Young Choi;Won Sup Lee;Sung Chul Shin;Gon-Sup Kim
International Journal of Molecular Medicine
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v.44
no.5
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pp.1741-1752
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2019
In the present study, a polyphenolic mixture was isolated from Seomae mugwort (SM; a native Korean variety of Artemisia argyi H.) via extraction with aqueous 70% methanol followed by the elution of ethyl acetate over a silica gel column. Each polyphenolic compound was analyzed using high-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry, and compared with the literature. In addition to the 14 characterized components, one hydroxycinnamate, six flavonoids, and one lignan were reported for the first time, to the best our knowledge, in Artemisia argyi H. The anti-inflammatory properties of SM polyphenols were studied in lipopolysaccharide-treated RAW 264.7 macrophage cells. The SM polyphenols attenuated the activation of macrophages via the inhibition of nitric oxide production, nuclear factor-κB activation, the mRNA expression of inducible nitric oxide synthase, tumor necrosis factor α and interleukin-1β, and the phosphorylation of mitogen-activated protein kinase. Our results suggested that SM polyphenols may have therapeutic potential for the treatment of inflammatory-related diseases.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.23
no.1
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pp.78-84
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2009
In this paper, ZnO:Al thin film was deposited on polyethylene terephthalate(PET) substrate by capacitively coupled r. f. magnetron sputtering method from a ZnO target mixed with 2wt[%] Al2O3 to investigate the possible application of ZnO:Al film as a transparent conducting electrode for film typed DSCs. The effect of substrate bias on the electrical properties and film structure were studied. The results showed that a positive bias applied to the substrate during sputtering contributed to an improvement of electrical properties of the film by attracting electrons in the plasma to bombard the growing films. These bombardments provided additional energy to the growing ZnO:Al film on the substrate, resulting in significant variations in film structure and electrical properties. Electrical resistivity of the film decreases significantly as the positive bias increases up to +30[V] However, as the positive bias increases over +30[V], the resistivity decreases. The transmittance varies little as the substrate bias is increased from 0 to +60[V], and as r. f. powers increases from 160[W] to 240[W]. The film with electrical resistivity as low as $1.8{\times}10^{-3}[{\Omega}-cm]$ and optical transmittance of about 87.8[%] were obtained for 1,012[nm] thick film deposited with a substrate bias of +30[V].
Park, Kwang-Bum;Park, Jin-Woo;Ahn, Hyun-Uk;Yang, Dong-Jun;Choi, Seok-Kyu;Jang, II-Sung;Yeo, Shin-Il;Suh, Jo-Young
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.36
no.4
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pp.797-808
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2006
Objective : The purpose of this study was to evaluate the physicochemical properties and cytocompatibility of microporous, spherical biphasic calcium phosphate(BCP) ceramics with a 60/40 $hydroxyapatite/{\beta}$ -tricalcium phosphate weight ratio for application as a bone graft substitute. Materials and Methods : Microporous, spherical BCP granules(MGSB) were prepared and their basic characteristics were compared with commercially available BCP(MBCP; Biomatlante, France) and deproteinized bovine bone mineral(Bio-Oss; GBistlich-Pharma, Switzerland, BBP; Oscotec. Korea), Their physicochemical properties were evaluated by scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, Fourier-transform infrared spectroscopy, inductively coupled plasma atomic emission spectrometer, and Brunauer-Emmett-Teller method. Cell viability and proliferation of MC3T3-El cells on different graft materials were evaluated. Results : MGSB granules showed a chemical composition and crystallinity similar with those in MBCP, they showed surface structure characteristic of three dimensionally, well-interconnected micropores. The results of MTT assay showed increases in cell viablity with increasing incubation times. At 4d of incubation, MGSB, MBCP and BBP showed similar values in optical density, but Bio-Oss exhibited significantly lower optical density compared to other bone substitutes(p <0,05). MGSB showed significantly greater cell number compared to other bone substitutes at 3, 5, and 7d of incubation(p <0,05), which were similar with those in polystyrene culture plates. Conclusion: These results indicated the suitable physicochemical properties of MGSB granules for application as an effective bone graft substitute. which provided compatible environment for osteoblast cell growth. However, further detailed studies are needed to confirm its biological effects on bone formation in vivo.
The plasma and serum of Crocodylus siamensis have previously been reported to exhibit potent antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory activities. During wound healing, these biological properties play a crucial role for supporting the formation of new tissue around the injured skin in the recovery process. Thus, this study aimed to evaluate the wound healing properties of C. siamensis plasma and serum. The collected data demonstrate that crocodile plasma and serum were able to activate in vitro proliferation and migration of HaCaT, a human keratinocyte cell line, which represents an essential phase in the wound healing process. With respect to investigating cell migration, a scratch wound experiment was performed which revealed the ability of plasma and serum to decrease the gap of wounds in a dose-dependent manner. Consistent with the in vitro results, remarkably enhanced wound repair was also observed in a mouse excisional skin wound model after treatment with plasma or serum. The effects of C. siamensis plasma and serum on wound healing were further elucidated by treating wound infections by Staphylococcus aureus ATCC 25923 on mice skin coupled with a histological method. The results indicate that crocodile plasma and serum promote the prevention of wound infection and boost the re-epithelialization necessary for the formation of new skin. Therefore, this work represents the first study to demonstrate the efficiency of C. siamensis plasma and serum with respect to their wound healing properties and strongly supports the utilization of C. siamensis plasma and serum as therapeutic products for injured skin treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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