A typical three-dimensional finite element model for a fuel assembly is established, which is composed of 16 monolithic U-10Mo fuel plates and Al alloy frame. The distribution and evolution results of temperature, displacement and stresses/strains in all the parts are numerically obtained and analyzed with a self-developed code of FUELTM. The simulation results indicate that (1) the out-of-plane displacements of Al alloy side plates are mainly attributed to the bending deformations; (2) enhanced out-of-plane displacements appear in fuel plates adjacent to the outside Al plates, which results from the occurred bending deformations due to the applied constraints of outside Al plates; (3) an intense interaction of fuel foil with the cladding occurs near the foil edge, which appears more heavily in the fuel plates adjacent to the outside Al plates. The maximum first principal stresses in the fuel foil are similar for all the fuel plates and appear near the fuel foil edge; while, the through-thickness creep strains of fuel foil in the fuel plate near the central region of fuel assembly are larger, and the induced creep damage might weaken the fuel skeleton strength and raise the fuel failure risk.
Aiming at the problems of large dv/dt and di/dt in traditional single-ended converters and high electromagnetic interference (EMI) noise levels, a single-ended isolated converter using the secondary resonance technique is proposed in this paper. In the proposed converter, the voltage stress of the main power switch can be reduced and the voltage across the output diode is clamped to the output voltage when compared to the conventional flyback converter. In addition, the peak current stress through the main power switch can be decreased and zero current switching (ZCS) of the output diode can be achieved through the resonance technique. Moreover, the EMI noise coupling path and an equivalent model of the proposed converter topology are presented through the operational principle of the proposed converter. Analysis results indicate that the common mode (CM) EMI noise and the differential mode (DM) EMI noise of such a converter are deduced since the frequency spectra of the equivalent controlled voltage sources and controlled current source are decreased when compared with the traditional flyback converter. Furthermore, appropriate parameter selection of the resonant circuit network can increase the equivalent impedance in the EMI coupling path in the low frequency range, which further reduces the common mode interference. Finally, a simulation model and a 60W experimental prototype of the proposed converter are built and tested. Experimental results verify the theoretical analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.376-386
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2020
The aim of this study was to develop a new efficient strategy that uses the Vector form Intrinsic Finite-element (VFIFE) method to conduct the static and dynamic analyses of marine pipes. Nonlinear problems, such as large displacement, small strain, and contact and collision, can be analyzed using a unified calculation process in the VFIFE method according to the fundamental theories of point value description, path element, and reverse motion. This method enables analysis without the need to integrate the stiffness matrix of the structure, because only motion equations of particles established according to Newton's second law are required. These characteristics of the VFIFE facilitate the modeling and computation efficiencies in analyzing the nonlinear dynamic problem of flexible pipe with large deflections. In this study, a three-dimensional (3-D) dynamical model based on 3-D beam element was established according to the VFIFE method. The deep-sea flexible pipe was described by a set of spatial mass particles linked by 3-D beam element. The motion and configuration of the pipe are determined by these spatial particles. Based on this model, a simulation procedure to predict the 3-D dynamical behavior of flexible pipe was developed and verified. It was found that the spatial configuration and static internal force of the mining pipe can be obtained by calculating the stationary state of pipe motion. Using this simulation procedure, an analysis was conducted on the static and dynamic behaviors of the flexible mining pipe based on a 1000-m sea trial system. The results of the analysis proved that the VFIFE method can be efficiently applied to the static and dynamic analyses of marine pipes.
The crucial differences between conventional rail with split-type connectors and continuous welded rails are axial stress in the longitudinal direction and stability, as well as other issues generated under the influence of loading effects. Longitudinal stresses generated in continuously welded rails on railway bridges are strongly influenced by the nonlinear behavior of the supporting system comprising sleepers and ballasts. Thus, the track structure interaction cannot be neglected. The rail-support system mentioned above has properties of non-uniform material distribution and uncertainty of construction quality. The linear elastic hypothesis therefore cannot correctly evaluate the stress distribution within the rails. The aim of this study is to apply the nonlinear finite element method using the nonlinear coupling interface between the track and structural model and to illustrate the welded rail behavior under the loading effect and uncertain factors of the ballast. Numerical results of nonlinear finite analysis with a three-dimensional solid and frame element model are presented for a typical track-bridge system. A composite plate girder, modeled by solid and shell elements, is also analyzed to consider the behavior of the welded rail. The analysis result showed buckling under the independent calculations of load cases, including 'temperature change', 'bending of the supporting structure', and 'braking' of the railway vehicle. A parametric study of the load combination method and the loading sequence is also included in this analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.892-901
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2020
We used a numerical method to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for the heave-pitch coupling motion of an underwater glider. It is very important to assess the hydrodynamic maneuvering characteristics of a specific hull form of an underwater glider in the initial design stages. Although model tests are the best way to obtain the derivatives, numerical methods such as the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method are used to save time and cost. The RANS method is widely used to estimate the maneuvering performance of surface-piercing marine vehicles, such as tankers and container ships. However, it is rarely applied to evaluate the maneuvering performance of underwater vehicles such as gliders. This paper presents numerical studies for typical experiments such as static drift and Planar Motion Mechanism (PMM) to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for a Ray-type Underwater Glider (RUG). A validation study was first performed on a manta-type Unmanned Undersea Vehicle (UUV), and the Computational Fluid Dynamics (CFD) results were compared with a model test that was conducted at the Circular Water Channel (CWC) in Korea Maritime and Ocean University. Two different RANS solvers were used (Star-CCM+ and OpenFOAM), and the results were compared. The RUG's derivatives with both static drift and dynamic PMM (pure heave and pure pitch) are presented.
Kim, Jung-Hoon;Jun, Hyoung-Yoll;Han, Cho-Young;Kim, Byoung-Soo
Journal of computational fluids engineering
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v.15
no.2
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pp.28-34
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2010
Conductive and radiative thermal model configurations of an imager of a geostationary satellite are presented. A two-plane method is introduced for three dimensional conductive coupling which is not able to be treated by thin shell plate thermal modeling technique. Especially the two-plane method is applied to massive matters and PIP(Payload Interface Plate) in the imager model. Some massive matters in the thermal model are modified by adequate correction factors or equivalent thickness in order to obtain the numerical results of thermal modeling to be consistent with the analytic model. More detailed nodal breakdown is specially employed to the object which has the rapid temperature gradient expected by a rule of thumb. This detailed thermal model of the imager is supposed to be used for analyses and test predictions, and be correlated with the thermal vacuum test results before final in-flight predictions.
Two current approaches for modeling the vector magnetic hysteretic process are the vector Preisach models and those models based on a system of noninteracting pseudo-particles. The pseudo-particles are intended to mimic the average behavior of real media particles. The simplest switching mechanisms of pseudoparticles is the Stoner-Wholfarth model. The Preisach models are quite precise in specifying the experimental input to the models. The vector properties of the Preisach models are, however, inadequate. This is partly because of the questionable assumptions used in coupling the various vector hysteresis components. Also these models do not include reversible magnetization changes. Unlike Preisach counterpart, the Stoner-Wholfarth model is inherently vector in nature. This is because spatial distribution and switching mechanisms are imposed on the system of pseudo-particles, so they come closer to representing the physical reality. The lack of interaction between pseudo-particles exclude the usefulness of the Stoner-Wholfarth model for small fields when the medium is traversing minor loops. The present work is an attempt at combining the advantages of above two models into one composite model, including the effect of particle interaction.
Two dimensional numerical models and physical models have been developed to study the highly nonlinear interactions between waves and breakwaters, but several of these models consider the effects of the structural dynamic responses and the shape of the breakwater axis on the wave pressures. In this study, a multi-material Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method is developed to simulate the nonlinear interactions between nonlinear waves and elastic seawalls on a coastal rubble mound breakwater, and is validated experimentally. In the experiment, a solitary wave is generated and used with a physical breakwater model. The wave impact is validated computationally using a breakwater - flume coupling model that replicates the physical model. The computational results, including those for the wave pressure and the water-on-deck, are in good agreement with the experimental results. A local breakwater model is used to discuss the effects of the structural dynamic response and different design parameters of the breakwater on wave loads, together with pressure distribution up the seawall. A large-scale breakwater model is used to numerically study the large-scale wave impact problem and the horizontal distribution of the wave pressures on the seawalls.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
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v.22
no.3
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pp.305-317
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2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.175-178
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2006
A numerical study for spray combustion of fluctuated fuel and oxidizer droplets injected into combustion chamber has been conducted for the analysis of spray combustion considering characteristics of injector. The 2 dimensional unsteady state flow fields have been calculated by using QUICK Scheme and SIMPLER Algorithm. As the spray model, DSF model and Euler-Lagrange Scheme have been used. The sine Auction has been used for droplet fluctuation model of fuel and oxidizer, while the coupling effects of the droplets between gas phase and evaporated vapor have been calculated by using PSIC model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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