The wind load is always the dominant load of cooling tower due to its large size, complex geometry and thin-wall structure. At present, when computing the wind-induced response of the large-scale cooling tower, the wind pressure distribution is obtained based on code regulations, wind tunnel test or computational fluid dynamic (CFD) analysis, and then is imposed on the tower structure. However, such method fails to consider the change of the wind load with the deformation of cooling tower, which may result in error of the wind load. In this paper, the analysis of the large cooling tower based on the iterative method for wind pressure is studied, in which the advantages of CFD and finite element method (FEM) are combined in order to improve the accuracy. The comparative study of the results obtained from the code regulations and iterative method is conducted. The results show that with the increase of the mean wind speed, the difference between the methods becomes bigger. On the other hand, based on the design of experiment (DOE), an approximate model is built for the optimal design of the large-scale cooling tower by a two-level optimization strategy, which makes use of code-based design method and the proposed iterative method. The results of the numerical example demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed method.
El Sallah, Zagane Mohammed;Ali, Benouis;Abderahmen, Sahli
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.5
no.1
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pp.11-23
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2020
Total hip prosthesis is used for the patients who have hip fracture and are unable to recover naturally. To de-sign highly durable prostheses one has to take into account the natural processes occurring in the bone. Finite element analysis is a computer based numerical analysis method which can be used to calculate the response of a model to a set of well-defined boundary conditions. In this paper, the static load analysis is based, by se-lecting the peak load during the stumbling activity. Two different implant materials have been selected to study appropriate material. The results showed the difference of maximum von Misses stress and detected the frac-ture of the femur shaft for different model (Charnley and Osteal) implant with the extended finite element method (XFEM), and after the results of the numerical simulation of XFEM for different was used in deter-mining the stress intensity factors (SIF) to identify the crack behavior implant materials for different crack length. It has been shown that the maximum stress intensity factors were observed in the model of Charnley.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.7
no.4
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pp.319-332
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2013
The purpose of this study was to investigate the design comparison of totally prefabricated bridge substructure system. Prefabricated bridge substructure systems are a relatively new and versatile alternative in substructure design that can offer numerous benefits. The system can reduce the work load at a construction site and can result in shorter construction periods. The prefabricated bridge substructures are designed by the methods of Korea Highway Bridge Code (KHBD) and load and resistance factor design (AASHTO-LRFD). For the design, the KHBD with DB-24 and DL-24 live loads is used. This study evaluates the design method of KHBD (2005) and AASHTO-LRFD (2007) for totally prefabricated bridge substructure systems. The computer program, reinforced concrete analysis in higher evaluation system technology was used for the analysis of reinforced concrete structures. A bonded tendon element is used based on the finite element method, and can represent the interaction between the tendon and concrete of a prestressed concrete member. A joint element is used in order to predict the inelastic behaviors of segmental joints. This study documents the design comparison of totally prefabricated bridge substructure and presents conclusions and design recommendations based on the analytical findings.
Since the functionally graded materials (FGMs) are used extensively as thermal barriers in many of applications. Therefore, the current article focuses on studying and presenting dynamic responses of multilayer functionally graded (FG) deep beams placed in a thermal environment that is not addressed elsewhere. The material properties of each layer are proposed to be temperature-dependent and vary continuously through the height direction based on the Power-Law function. The deep layered beam is exposed to harmonic sinusoidal load and temperature rising. In the modelling of the multilayered FG deep beam, the two-dimensional (2D) plane stress continuum model is used. Equations of motion of deep composite beam with the associated boundary conditions are presented. In the frame of finite element method (FEM), the 2D twelve-node plane element is exploited to discretize the space domain through the length-thickness plane of the beam. In the solution of the dynamic problem, Newmark average acceleration method is used to solve the time domain incrementally. The developed procedure is verified and compared, and an excellent agreement is observed. In numerical examples, effects of graduation parameter, geometrical dimension and stacking sequence of layers on the time response of deep multilayer FG beams are investigated with temperature effects.
Chin, Jason Ah;Garcia, Mauricio;Cote, Jeffrey;Mulcahy, Ellen;Clarke, Jonathan;Elshaer, Ahmed
Wind and Structures
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v.34
no.3
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pp.313-319
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2022
The resiliency of electricity transmission and distribution lines towards natural and man-made hazards is critical to the operation of cities and businesses. The extension of these lines throughout the country increases their risk of extreme loading conditions. This paper investigates a unique extreme loading condition of a 100-year old distribution line segment that passes across a river and got entangled with a boom of a ship. The study adopts the Applied Elements Method (AEM) for simulating 54 cases of the highly deformable structural behaviour of the tower. The most significant effects on the tower's structural integrity were found to occur when applying the load with components in all three of the cartesian directions (i.e., X, Y and Z) with the full capacities of the four cables. The studied extreme loading condition was determined to be within the tower's structural capacity, attributed to the shear failure of the anchor bolts, which acted as a sacrificing element that fails to protect the transfer of tensioning load to the supporting tower.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.5
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pp.211-221
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1998
Thermal behavior on the cylinder block of a 4-cylinder, 4-stroke 2.0L SOHC gasoline engine was numerically and experimentally analyzed. The numerical calculation was performed using the finite element method. The cylinder block was modelled as a three dimensional finite element by considering its geometry. The physical domain was devided into hexahedron elements. 16 thermocouples were installed at points of 2mm inside from cylinder wall near top ring of piston in cylinder block, which points have suffered major thermal loads and suggested as proper measurement points for engine design by industrial engineers. Under full load and 9$0^{\circ}C$ coolant temperature condition, temperature behavior of cylinder block according to engine speed were analyzed. The results showed that temperature rose gradually to conform to a function of 2nd~4th order of engine speed at intake side, exhaust and siamese side, respectively. As engine load was changed from 100 to 50% by 25% step, temperature curve also conformed to 2nd~7th order function of engine speed. Temperature differences by load condition were similar among 100, 75% and 50%. Under full load and coolant temperature of 11$0^{\circ}C$, temperature behavior were also analyzed and the result also showed conformance to 2n d~7th order function of engine speed. Temperature curve was transferred in parallel upwards corresponding coolant temperature rise.
The load distribution and deformation of rock-socketed drilled shafts subjected to axial loads are evaluated by a load-transfer method. The emphasis is on quantifying the effect of coupled soil resistance in rock-socketed drilled shafts using the 2D elasto-plastic finite element analysis. Slippage and shear load transfer behavior at the pile-soil interface are investigated by using a user-subroutine interface model (FRlC). It is shown that the coupled soil resistance provides the influence of pile toe settlement as the shaft resistance is increased to an ultimate limit state. The results show that the coupling effect is closely related to the value of pile diameter over rock mass modulus (D/$E_{mass}$) and the ratio of total shaft resistance against total applied load ($R_s$/Q). Through comparisons with field case studies, the 2D numerical analysis reseanably presented load transfer of pile and coupling effect due to the transfer of shaft shear loading, and thus represents a significant improvement in the prediction of load deflections of drilled shafts.
Zhang, Hongmei;Shan, Yufei;Duan, Yuanfeng;Yun, Chung Bang;Liu, Song
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.1
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pp.1-18
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2020
For the large deformation of shear walls under vertical and horizontal loads, there are difficulties in obtaining accurate simulation results using the response analysis method, even with fine mesh elements. Furthermore, concrete material nonlinearity, stiffness degradation, concrete cracking and crushing, and steel bar damage may occur during the large deformation of reinforced concrete (RC) shear walls. Matrix operations that are involved in nonlinear analysis using the traditional finite-element method (FEM) may also result in flaws, and may thus lead to serious errors. To solve these problems, a planar four-node element was developed based on vector mechanics. Owing to particle-based formulation along the path element, the method does not require repeated constructions of a global stiffness matrix for the nonlinear behavior of the structure. The nonlinear concrete constitutive model and bilinear steel material model are integrated with the developed element, to ensure that large deformation and damage behavior can be addressed. For verification, simulation analyses were performed to obtain experimental results on an RC shear wall subjected to a monotonically increasing lateral load with a constant vertical load. To appropriately evaluate the parameters, investigations were conducted on the loading speed, meshing dimension, and the damping factor, because vector mechanics is based on the equation of motion. The static problem was then verified to obtain a stable solution by employing a balanced equation of motion. Using the parameters obtained, the simulated pushover response, including the bearing capacity, deformation ability, curvature development, and energy dissipation, were found to be in accordance with the experimental observation. This study demonstrated the potential of the developed planar element for simulating the entire process of large deformation and damage behavior in RC shear walls.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.1
s.244
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pp.60-65
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2006
The present paper provides experimental J estimation equation for the circumferential through-wall cracked pipe under four-point bending, based on the load-crack opening displacement (COD) record. Based on the limit analysis and the kinematically admissible rigid-body rotation field, the plastic ${\eta}$-factor for the load-COD record is derived and is compared with that for the load-load line displacement record. Comparison with the J results from detailed elastic-plastic finite element (FE) analysis shows that the proposed method based on the load-COD record provides reliable J estimates even for shallow cracks, whereas the conventional approach based on the load-load line displacement record gives erroneous results for shallow cracks. Thus, the proposed J estimation method could be recommended for testing the circumferential through-wall cracked pipe, particularly with shallow cracks.
The microarchitecture of trabecular bone plays a significant role in mechanical strength due to its load-bearing capability. However, the complexity of trabecular microarchitecture hinders the evaluation of its morphological characteristics. We therefore propose a new classification method based on static multiscale theory and dynamic finite element method (FEM) analysis to visualize a three-dimensional (3D) trabecular network for investigating the influence of trabecular microarchitecture on load-bearing capability. This method is applied to human vertebral trabecular bone images obtained by micro-computed tomography (micro-CT) through which primary trabecular bone is successfully visualized and extracted from a highly complicated microarchitecture. The morphological features were then analyzed by viewing the percolation of load pathways in the primary trabecular bone by using the stress wave propagation method analyzed under impact loading. We demonstrate that the present method is effective for describing the morphology of trabecular bone and has the potential for morphometric measurement applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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