This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.6
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pp.87-94
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2007
Reuse of recycled aggregate from demolished concrete structure is beneficial and necessary from the viewpoint of environmental preservation and effective utilization of resources. The most important mechanical properties of recycled aggregate concrete (RAC) are the compressive strength, the tensile and the flexural strengths, the bond strength and the elastic modulus of such concrete. In particular, the stress-strain relation and fracture process of RAC in compression is especially important in theoretical and numerical analysis as well as engineering design of RAC structures. In this paper, to clarify the characteristics of fracture process in RAC, acoustic emission(AE) method is applied to detect micro-cracking in concrete under compression. From AE parameters, it is found that cracking and fracture behaviors in recycled aggregate concrete fairly differ from that of normal and recycled sand concrete.
In the prediction of response of a pile in soil, numerical approaches such as a finite element method are generally applied due to complicate nonlinear behaviors of soils. However, the numerical methods based on the finite elements require heavy efforts in pile and soil modelling and also take long computing time. So their usage is limited especially in the early design stage in which principal dimensions and properties are not specified and tend to vary. On the contrary, theoretical approaches adopting linear approximations for soils are relatively simple and easy to model and take short computing time. Therefore, if they are validated to be reliable, they would be applicable in predicting responses of a pile in soil, particularly in early design stage. In case of wind turbines regarded in this study, it is required to assess their natural frequencies in early stages, and in this simulation the supporting pile inserted in soil could be replaced with a simplified elastic boundary condition at the bottom end of the wind turbine tower. To do this, analysis for a pile in soil is performed in this study to extract the spring constants at the top end of the pile. The pile in soil can be modelled as a beam on elastic spring by assuming that the soils deform within an elastic range. In this study, it is attempted to predict pile deformations and influence factors for lateral loads by means of the beam-on-spring model. As two example supporting structures for wind turbines, mono pile and suction pile models with different diameters are examined by evaluating their influence factors and validated by comparing them with those reported in literature. In addition, the deflection profiles along the depth and spring constants at the top end of the piles are compared to assess their supporting features.
All agricultural crops and products should be cultured, harvested, handled and processed by the proper mechanical methods in the mechanized farming systems. Agricultural crops might be injured or deformed through various working stages due to static or dynamic forces of machines. Mechanical forces had to be applied with proper degrees to the agricultural crops in incoincidence with properties of crops without any damage of crops so as to increase the work efficiency qualitatively. Knowledges of mechanical properties of agricultural materials are essential to prevent of agricultural crops in relation with mechanical farming system. This study was carried out to examine and analyze the creep behavior of the rice stalk on growing and harvesting periods by mechanical model with computer measurement system in radial directional compressive force and bending force. The creep behavior of the rice stalk could be predicted precisely and its results approached closely to the measured values. The creep behaviors were increased greatly with increase of compressive force, namely, the steady state creep behavior occurred at the force less then 25N and the logarithmic creep behavior at the force bigger than 30N. The instantaneous elastic modulus $E_o$ and the retardation time ${\tau}_K$ were increased together with increase of applied forces, meanwhile the retarded elastic modulus $E_r$ and viscosity ${\eta}_v$ were decreased with increase of applied forces in mechanical model being expected the creep behavior in relation with the level of applied forces, which was well explained that the rice stalk might be visvo-elastic material. In the creep test along the stalk portion with compressive force and bending force, the intermediate portion showed greatest values and also the lower portion showed the least values, which implied that the intermediate portions of rice stalk were very weak. The steady state creep behavior occured at the intermediate portion and the upper portion in the rice stalk at the compressive force larger than 25.0N, which showed the possibility of injury due to external forces.
Park, Min-Cheol;Jang, Seo-Yong;Shin, Baek-Chul;Han, Heui-Soo
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.13
no.2
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pp.27-39
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2012
This research is to propose the reinforcing method and design code for the lateral behaviors of the abutment displacement induced from the rainfall infiltration on high landfill slope. First, to make the proper numerical analysis, in-situ soil (weathered granite soil) was taken, and the variance of strength parameters according to water content variance was examined by undrained direct shear test, furthermore, other soil parameters were calculated from the standard penetration test such as elastic modulus and Poisson's ratio etc,. Those parameters were used to calculate the lateral behavior of abutment by finite element method and the member force of pile in high landfill slope according to rainfall infiltration . From the results, the shoe displacement on abutment was calculated as 8.98cm, which is 3 times bigger than the allowable displacement, 3cm. To reinforce it, several reinforcing methods were selected and analyzed such as reinforced retaining wall, soil surcharge, pile reinforcing (5m enlargement, 3-line arrangement, 5m enlargement and 3-line arrangement). In case of 5m enlarged and 3-line arrangement piles, the lateral behavior of shoe showed lower value(2.26 cm) than allowable displacement.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.45
no.10
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pp.1525-1531
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2016
The objective of the present study was to investigate the rheological properties of potato starch cross-linked with different concentrations (0, 0.125, 0.25, and 0.5%, w/v) of cross-linking agents (10 g of adipic acid and 40 g of acetic anhydride). Cross-linked potato starch dispersions showed shear-thinning behaviors (n=0.43~0.63) at $25^{\circ}C$. Apparent viscosity (${\eta}_{a,100}$), consistency index (K), and yield stress (${\sigma}_{oc}$) significantly increased with an increase in the concentrations of cross-linking agents from 0.125 to 0.5% (w/v). Storage modulus (G') and loss modulus (G'') increased, whereas complex viscosity (${\eta}^*$) was reduced with increasing frequency (${\omega}$) from 0.63 to 62.8 rad/s. Magnitudes of G' and G'' for cross-linked potato starch were significantly increased with an elevation in the concentrations of cross-linking agents. G' values of cross-linked potato starches were significantly higher than G'', indicating that the starches had more elastic properties than viscous properties. Cox-Merz rule was not applicable to potato starch dispersions.
In this work, the in-situ viscoelastic characteristics of electropolymerized polypyrrole (PPy) thin film were investigated in the electrolyte solutions of $NaClO_4$, $LiClO_4$, and $KClO_4$ by using quartz crystal analyzer (QCA). One side of quartz crystal was used as a working electrode mounted in a special fabricated QCA electrochemical ceil. The resonant frequency and resonant resistance diagram (F-R diagram) was used to interpret the viscoelastic characteristics of Pby thin film and compared with AFM photograph. The resonant frequency, resonant resistance, and current were measured to analyze the redox reaction behaviors when the cyclic voltammetry was performed using AT-cut quartz crystal electrode coated with galvanostatically polymerized Ppy film. The result suggests that the Ppy film polymerized onto the crystal behaves as a rigid elastic layer at the initial stage of electropolymerization, while the film becomes a viscoelastic layer the polymerization proceeds further. At the same time, the film thickness increases and some morphological changes take place due to the penetration of electrolyte solution into the film. These phenomena take place when cyclic voltammetry was performed using different electrolyte solution compared with polymerization process.
The objective of the research stated herein is to observe the actual responses of a low-rise nonseismic moment-resisting reinforced concrete frame subjected to varied levels of earthquake ground motions. First, the reduction scale for the model was determined as 1 : 5 considering the capacity of the shaking table to be used and the model was manufactured according to the similitude law. This model was, then, subjected to the shaking table motions simulating Taft N21E component earthquake ground motions, whose peak ground accelations (PGAs) were modified to 0.12g, 0.2g, 0.3g, and 0.4g. The lateral accelerations and displacements at each story and local deformations at the critical reginos of the structure were measured. The base shear was measured by using self-made load cells. Before and after each earthquake simulation test, free vibration tests were performed to find the change in the natural period and damping ratio of the model. The test data on the global and local behaviors are interpreted. The model showed the linear elastic behavior under the Taft N21E motion with the PGA if 0.12g, which represents the design earthquake in Korea. The maximum base shear was 1.8tf, approximately 4.7 times the design base shear. The model revealed fairly good resistance to the higher level of earthquake simulation tests. The main components of its resistance to the high level of earthquakes appeared to be 1) the high overstrength, 2) the elongation of the fundamental period, and 3) the minor energy dissipation by inelastic deformations. The drifts of the model under these tests were approximately within the allowable limit.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.403-414
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1994
Nonlinear analysis of RC containment structure under thermal load and pressure is presented to trace the behaviour after an assumed LOCA. The temperature distribution varying with time through the wall thickness is determined by transient finite element analysis with the two time level scheme in time domain. The layered shell finite elements are used to represent the containment structures in nuclear power plants. Both geometric and material nonlinearities are taken into account in the finite element formulation. The constitutive relation of concrete is modeled according to Drucker-Prager yield criteria in compression. Tension stiffening model is used to represent the tensile behaviour of concrete including bond effect. The reinforcing bars are modeled by smeared layer at the location of reinforcements accounting elasto-plastic axial behaviors. The steel liner model under Von Mises yield criteria is adopted to represent elastic-perfect plastic behaviour. Geometric nonlinearity is formulated to consider the large displacement effect. Thermal stress components are determined by the initial strain concept during each time step. The temperature differential between any two consecutive time steps is considered as a load incremental. The numerical results from this study reveal that nonlinear temperature gradient based on transient thermal analysis will produces excessive large displacement. Nonlinear behavior of containment structures up to ultimate stage can be traced reallistically. The present study allows more realistic analysis of concrete containment structures in nuclear power plants.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1057-1068
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2014
This paper proposes elastic-plastic constitutive relations for a composite material with two phases-inclusion and matrix phases-using a homogenization scheme. A thermodynamic framework is employed to develop non-local plasticity constitutive relations, which are specifically represented in terms of the second-order gradient terms of the internal state variables. A combined two back-stress evolution equation is also established and the degradation of the state and internal variables is expressed by continuum damage mechanics in terms of the damage factor. Then, deformation localization is analyzed; the analysis results show that the proposed model yields a wide range of shear band formation behaviors depending on the evolution of the specific internal state variables. The analysis results also show good agreement with the results of simplified Rice instability analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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