A boundary element method is applied to the analysis of crack trajectory in materials with complex microstructure, such as discontinuously reinforced composite materials, and systems subjected to complex loading, such as indentation. The path followed by the crack(s) has non-trivial geometry. A study of the stress intensity factors and fracture toughness of such systems must therefore be accompanied by an analysis of crack trajectory. The simulation is achieved using a dual boundary integral method in planar problems, and a single boundary integral method coupled with substructuring in axisymmetric problems. The direction of crack propagation is determined using the maximum mechanical energy release rate criterion. The method is demonstrated by application to (i) a composite material composed of components having the elastic properties of aluminium (matrix) and silicon carbide (reinforcement), and (ii) analysis of contact damage induced by the action of an indenter on brittle materials. The chief advantage of the method is the ease with which problems having complex geometry or loading (giving rise to complex crack trajectories) can be treated.
Nam, Yoon-su;Jo, Jang-whan;Lim, Chang-Hee;Park, Sung-su;Bottasso, Carlo L.
Journal of Wind Energy
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v.2
no.1
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pp.74-81
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2011
This paper deals with the application of LQ control to the power curve tracking control of wind turbine. However, two more additional tasks are required to apply the LQR theory to wind turbine control. One is the tracking problem instead of regulation, because the wind turbine is controlled as variable speed and variable pitch. The other is LQ integral control., because the rotor speed should be tightly controlled without any steady state error. Starting from the analysis of wind characteristics, design requirement of a wind turbine control system is defined. A design procedure of LQ tracking with integral control is introduced. The performance of LQ tracking system is analyzed and evaluated by numeric simulation.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.13
no.2
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pp.83-90
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2010
The hydrodynamic interaction of two floating bodies in waves freely floating or connected by a rigid link is studied by using a boundary element method in the frequency-domain. The exact two-body hydrodynamic coefficients of added mass, wave damping and exciting force are calculated from the radiation-diffraction potential solution of the improved Green integral equation associated with the free surface Green function. The irregular frequencies in the conventional Green integral equation make it difficult to predict the physical resonance of the fluid in the gap between two bodies floating side by side. However, the improved Green integral equation employed in this study is free of irregular frequencies and always yields the exact solution of the multi-body radiation-diffraction potential boundary value problem. The 6 degree-of-freedom motions of two bodies freely floating side by side or connected parallel by a rigid link have been calculated for the incident wave frequencies ranging from 0.1 to 5 radians per second in head, left and right bow quartering seas. The 6-component load of the rigid link have also been presented.
Kassem, Ahmed M.;Sayed, Khairy;El-Zohri, Emad H.;Ali, Hossam H.
Advances in Energy Research
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v.5
no.1
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pp.79-90
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2017
The main objective of load frequency control (LFC) is to keep the frequency value at nominal value and force deviation of the frequency to zero in case of load change. This paper suggests LFC by using a model predictive control (MPC), based on Integral Square Error (ISE) method designed to optimize the damping of oscillations in a two-area power system. The MPC is designed and simulated with a model system in state space, for robust performance in the system response. The proposed MPC is tuned by ISE to achieve superior efficiency. Moreover, its performance has been assessed and compared with the PI and PID conventional controllers. The settling time and overshoot with MPC are extremely minimized as compared with conventional controllers.
In this paper, the anti-plane transient response of a central crack normal to the interface between a piezoelectric ceramics and two same elastic materials is considered. The assumed crack surfaces are permeable. By virtue of integral transform methods, the electro elastic mixed boundary problems are formulated as two set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind in the Laplace transform domain. Time domain solutions are obtained by inverting Laplace domain solutions using a numerical scheme. Numerical values on the quasi-static stress intensity factor and the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.3
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pp.11-18
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2001
A simple and convenient method of analysis for obtaining the individual stress intensity factors in a three-dimensional mixed mode crack is proposed. The procedures presented here are based on the path independence of J integral and mutual or two-state conservation integral, which involves two elastic fields. The problem is reduced to the determination of mixed mode stress intensity factor solutions in terms of conservation integrals involving known auxiliary solutions. Some numerical examples are presented to investigate the effectiveness and applicability of the method for a three-dimensional penny-shaped crack problem under mixed mode. This procedure is applicable to a three-dimensional mixed mode curved crack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1601-1607
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2000
Using the theory of linear piezoelectricity, we consider the problem of piezoelectric ceramic infinite strip containing a finite crack with free surface traction and surface charge under anti-plane shear. The crack is symmetrically parallel to the edges of infinite strip. Fourier transforms are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed in terms of Fredholm integral equations of the second kind. Numerical results for PZT-5H ceramic are obtained and discussed.
This paper is concerned with an optimal control suspension system using the preview information of road input based on a quarter car model. The main purpose of the control is to combine good vibration isolation characteristics with improved attitude control. The optimal control law is derived with the use of calculus of variation, consisting of three parts. The first part is a full state feedback term that includes integral control acting on the suspension deflection to ensure zero steady-state deflection in response to static body forces and ramp road inputs. The second part is a feed-forward term which compensates for the body forces when they can be detected, and the third part depends on previewed road input. The performance of the suspension is evaluated in terms of frequency domain characteristics and time responses to ramp road input and cornering forces. The effects of each part of the suspension controller on the system behavior are examined.
A theoretical study was carried-out of mode II delamination fracture behavior of the End Loaded Split (ELS) functionally graded beam configuration with considering the material non-linearity. The mechanical response of ELS was modeled analytically by using a power-law stress-strain relation. It was assumed that the material is functionally graded transversally to the beam. The non-linear fracture was investigated by using the J-integral approach. Equations were derived for the crack arm curvature and zero axes coordinate that are needed for the J-integral solution. The analysis developed is valid for a delamination crack located arbitrary along the beam height. The J-integral solution was verified by analyzing the strain energy release rate with considering material non-linearity. The effects of material gradient, non-linear material behavior and crack location on the fracture were evaluated. The solution derived is suitable for parametric analyses of non-linear fracture. The results obtained can be used for optimization of functionally graded beams with respect to their mode II fracture performance. Also, such simplified analytical models contribute for the understanding of delamination fracture in functionally graded beams exhibiting material non-linearity.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.185-190
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2000
The effect of specimen thickness and notch's depth and the validity of J-integral analysis were studied on the fracture behavior of concrete. Through the 3-point bending test, the stress-deformation curves were experimentally measured. Concrete fracture toughness is calculated from stress-displacement curves. Concrete fracture toughness decreases when notch's depth is longer. So, Gf is less sensitive than JIc and Gf is more useful factor as concrete fracture toughness parameter. The values of J-integral and fracture energy increase when the breadth of concrete specimen get longer from 75mm to 150mm. Therefore, the breadth effect of specimen has to be considered in determining the concrete fracture toughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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