The free vibration analysis of fluid conveying Timoshenko pipeline with different boundary conditions using Differential Transform Method (DTM) and Adomian Decomposition Method (ADM) has not been investigated by any of the studies in open literature so far. Natural frequencies, modes and critical fluid velocity of the pipelines on different supports are analyzed based on Timoshenko model by using DTM and ADM in this study. At first, the governing differential equations of motion of fluid conveying Timoshenko pipeline in free vibration are derived. Parameter for the nondimensionalized multiplication factor for the fluid velocity is incorporated into the equations of motion in order to investigate its effects on the natural frequencies. For solution, the terms are found directly from the analytical solution of the differential equation that describes the deformations of the cross-section according to Timoshenko beam theory. After the analytical solution, the efficient and easy mathematical techniques called DTM and ADM are used to solve the governing differential equations of the motion, respectively. The calculated natural frequencies of fluid conveying Timoshenko pipelines with various combinations of boundary conditions using DTM and ADM are tabulated in several tables and figures and are compared with the results of Analytical Method (ANM) where a very good agreement is observed. Finally, the critical fluid velocities are calculated for different boundary conditions and the first five mode shapes are presented in graphs.
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.
Experimental and computational studies were performed to determine the effects of different blade designs on a flow pattern inside a double-spindle counter rotating mower deck. In the experimental study, two different blade models were tested by measuring air velocities using a forward-scatter LDV system. The velocity measurements were taken at several different azimuth and axial sections inside the deck. The measured velocity distributions clarified the air flow pattern caused by the rotating blades and demonstrated the effects of deck and blade designs. A high-speed video camera and a sound level meter were used for flow visualization and noise level measurement. In the computational works, two-dimensional blade shapes at several arbitrary radial sections have been selected for flow computations around the blade model. For three-dimensional computation applied a non-inertia coordinate system, a flow field around the entire three-dimensional blade shape is used to evaluate flow patterns in order to take radial flow interactions into account. The computational results were compared with the experimental results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.481-482
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2008
This investigation presents a method to design an optimal shape of a matching waveguide connecting two waveguides having different impedances. The design objective is to maximize power transmission through the waveguide system. When an incident wave impinges on an elastic waveguide system consisting of waveguides of different impedances, all of the incident wave power may not pass through due to the mechanical impedance. Therefore, the maximization of the transmitted power through a waveguide difficult to achieve without a systematic design method. In this work, the optimal shape design of a matching waveguide connecting two waveguides of different impedances is formulated as a shape optimization problem. If the material of the matching waveguide is given, its shape is the only parameter controlling the transmission power. Relatively simple one dimensional elastic wave transmission problems will be considered in this work, but the underlying methodology and the related physics can be clearly demonstrated. The influences of initial configurations as well as the target frequencies on the optimized shapes will be also investigated.
In this paper, an analytical model of a cantilever beam having a midpoint load is considered for structural optimization and design. This involves creation of the geometry through a parametric study of all design variables. For this purpose, the optimization of the cantilever beam was elaborated in order to find the optimum geometry which minimizes its volume eventually for minimum weight by FEM (finite element method) analysis. Such geometry can be obtained by different combinations of width and height, so that the beam may have the same cross-sectional area, yet different dynamic behavior. So for optimum safe design, besides minimum volume it should have minimum vibration as well. In order to predict vibration, different dynamic analyses were performed simultaneously to identify the resonant frequencies and mode shapes belonging to the lowest three modes of vibration. Next, by introducing damping effects, the tip displacement and bending stress at the fixed end was evaluated under dynamic loads of varying frequency. Investigation of the results clearly shows that only structural analysis is not enough to predict the optimum values of dimension for safe design it must be aided by dynamic analysis as well.
Song Ju-Sun;Kim Hyung-Kyu;Lee Young-Ho;Kim Jae-Hoon
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.31-36
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2004
In this paper, fretting wear tests were conducted in air at room temperature (RT) and in water at high temperature and high pressure (HTHP) environment to analyze the wear characteristic. As for the supporting condition between the tube and spring/dimple, the gap of 0.2 mm in air at RT and the normal force of 10 N and the slip of $50\;{\mu}\;m$ in water at HTHP were applied. Four different shapes of spring/dimple specimen (type A, B, C, D) were used. Detail eaxamination of wear scar was also performed using SEM micrographs. As a result, in the case of the spring of truncated wedge, severer wear occurs than the others. Protrusion part was found and larger in air at RT. It is thought that the difference in the wear volume and the protrusion is caused by the different wear mechanism corresponding to the different environment.
The flexural strength of circular concrete-filled tubes (CCFT) can be estimated by several codes such as ACI, AISC, and Eurocode 4. In AISC and Eurocode, two methods are recommended, which are the strain compatibility method (SCM) and the plastic stress distribution method (PSDM). The SCM of AISC is almost the same as the SCM of the ACI method, while the SCM of Eurocode is similar to the ACI method. Only the assumption of the compressive stress of concrete is different. The PSDM of Eurocode approach is also similar to the PSDM of AISC, but they have different definitions of material strength. The PSDM of AISC is relatively easier to use, because AISC provides closed-form equations for calculating the flexural strength. However, due to the complexity of calculation of circular shapes, it is quite difficult to determine the flexural strength of CCFT following other methods. Furthermore, all these methods give different estimations. In this study, an effort is made to review and compare the codes to identify their differences. The study also develops a computing program for the flexural strength of circular concrete filled tubes under pure bending that is in accordance with the codes. Finally, the developed computing algorithm, which is programmed in MATLAB, is used to generate design aid graphs for various steel grades and a variety of strengths of steel and concrete. These design aid graphs for CCFT beams can be used as a preliminary design tool.
Experimental investigations were performed to assess the influences of different multiple obstacles on flame propagation in a rectangular confinement. Three different multiple obstacles were used: circular, triangular and square cross-sections with blockage ratios of 15% and 30%. The same method described in Park et al. [13] to investigate the interaction between the propagating flame and the obstacle was applied. Before the freely propagating flame impinged on the obstacle, the flame propagation speed remains close to the laminar burning velocity, regardless of the obstacles used. The reported data revealed that the trend in increase of the local flame propagation speed is a result of the interaction between the obstacle and the propagating flame front behind the obstacle. The local speed was found to increase from a circular to a triangular and a square obstacle. The mean flame speed was found to be less dependent on both the obstacle types and the different blockage ratios used.
In the note a comprehensive and optimal passive-active mode for describing the limit failure of circular shallow tunnel with settlement is put forward to predict the catastrophic stability during the geotechnical construction. Since the surrounding soil mass around tunnel roof is not homogeneous, with tools of variation calculus, several different curve functions which depict several failure shapes in different soil layers are obtained using virtual work formulae. By making reference to the simple-form of Power-law failure criteria based on numerous experiments, a numerical procedure with consideration of combination of upper bound theorem and stochastic medium theory is applied to the optimal analysis of shallow-buried tunnel failure. With help of functional catastrophe theory, this work presented a more accurate and optimal failure profile compared with previous work. Lastly the note discusses different effects of parameters in new yield rule and soil mechanical coefficients on failure mechanisms. The scope of failure block becomes smaller with increase of the parameter A and the range of failure soil mass tends to decrease with decrease of unit weight of the soil and tunnel radius, which verifies the geomechanics and practical case in engineering.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.2
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pp.103-109
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1986
The distributions of fatigue life of concrete for various applied fatigue stress levels are investigated. The concrete beam specimens are tested in four-point flexural loading conditions. Three different levels of applied fatigue stresses are considered. They are 85%. 75%. 65%, respectively, of the static flexural strength of concrete. The present study indicates that the shapes of the probability distribution of fatigue lives are rather different for different levels of applied fatigue stress. This necessitates the consideration of the effects of applied fatigue stress levels on fatigue life distributions of concrete in order to conduct a realistic fatigue reliability analysis. The graphical method, the method of moments, and the method of maximum likelihood estimation are used to evaluate the distribution parameters of fatigue lives. It was found that the shape parameter of Weibull distribution for the fatigue life of concrete ranges from 2.0 to 4.0 according to the level of applied fatigue stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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