To reduce the power loss in normal state, non-inductively wound high temperature superconducting (HTS) coils are used for fault current limiter (FCL) application. Non-inductively wound coils can be classified into two types: solenoid type and pancake type. These two types have different electrical and thermal and mechanical characteristics due to their winding structure difference. This paper deals with the current limiting characteristics, magnetic field analysis of the two coils. Simulation using finite element method (FEM) was used to analyze the magnetic field distribution and inductance of the coils. Short circuit test using stabilizer-free coated conductor (CC) was also carried out. We can compare the characteristics of the two types of coil by using the data obtained from simulation and short circuit test. We confirmed the feasibility of FCL application by the analysis about the characteristics of non-inductively wound coil using CC.
In the developing country like India, groundwater is the main sources for household, irrigation and industrial use. Its contamination poses hydro-geological and environmental concern. The hazardous waste sites such as landfills can lead to contamination of ground water. The contaminants existing at such sites can eventually find ingress down through the soil and into the groundwater in case of leakage. It is necessary to understand the process of migration of pollutants through sub-surface porous medium for avoiding health risks. On this backdrop, the present paper investigates the behavior of pollutants' migration through porous media. The laboratory experiments were carried out on a soil-column model that represents porous media. Two different types of soils (standard sand and red soil) were considered as the media. Further, two different solutes, i.e., non-reactive and reactive, were used. The experimental results are simulated through numerical modeling. The percentage variation in the experimental and numerical results is found to be in the range of 0.75- 11.23 % and 0.84 - 1.26% in case of standard sand and red soil, respectively. While a close agreement is observed in most of the breakthrough curves obtained experimentally and numerically, good agreement is seen in either result in one case.
The determination of the blast protection level and the corresponding minimum load-bearing capacity for a laminated glass (LG) window is of crucial importance for safety and security design purposes. In this paper, the focus is given to the window response under near-field blast loading, i.e., where relatively small explosives would be activated close to the target, representative of attack scenarios using small commercial drones. In general, the assessment of the load-bearing capacity of a window is based on complex and expensive experiments, which can be conducted for a small number of configurations. On the other hand, nowadays, validated numerical simulations tools based on the Finite Element Method (FEM) are available to partially substitute the physical tests for the assessment of the performance of various LG systems, especially for the far-field blast loading. However, very little literature is available on the LG window performance under near-field blast loads, which differs from far-field situations in two points: i) the duration of the load is very short, since the blast wavelength tends to increase with the distance and ii) the load distribution is not uniform over the window surface, as opposed to the almost plane wave configuration for far-field configurations. Therefore, the current study focuses on the performance assessment and structural behaviour of LG windows under near-field blasts. Typical behavioural trends are investigated, by taking into account possible relevant damage mechanisms in the LG window components, while size effects for target LG windows are also addressed under a multitude of blast loading configurations.
Recently, as power and electronic devices have increased in frequency and capacity, it has become a major concern to protect electronic circuits and electronic components used in these devices from abnormal voltages such as various surges and pulse noise. To respond to variously rated voltages applied to power electronic devices, the rated voltages of various varistors can be obtained by controlling the size of internal particles of the varistor or controlling the number of layers of the varistor. During bonding, the problem of unbalanced thermal runaway occurring between the electrode and the varistor interface causes degradation of the varistor and shortens its life of the varistor. In this study, to solve the problem of unbalanced heat distribution of stacked varistors to adjust the operating voltage, the contents of the ZnO-based varistor composition were 96 wt% ZnO, 1 mol% Sb2O3, 1 mol% Bi2O3, 0.5 mol% CoO, 0.5 mol% MnO, and 1 mol% TiO2. A multi-layered ZnO varistor was modeled by bonding a single varistor with a composition in three layers according to the operating voltage. The thermal distribution of the triple-layered ZnO varistor was analyzed for the thermal runaway phenomenon that occurred during varistor operation using the finite element method according to Comsol 5.2.
In the field of architecture, concrete and steel bars are the most common and popular combinations. The relationship between the two in a structure is a complementary good that increases in utility when consuming both materials at the same time. However, the combination of the two, which has been perceived as semi-permanent, often faces repairs or reconstruction without its lifespan reaching decades. There are a number of deterioration factors at work for the reason for this phenomenon. Among them, the neutralization of concrete in particular refers to the process in which calcium hydroxide inside concrete reacts with carbon dioxide and loses alkalinity, which creates a corrosive environment for rebars inside concrete, causing serious damage to concrete. In this study, we intend to use a multi-physical analysis program using finite element analysis method to analyze the degree of carbonation according to the internal temperature and concentration of carbon dioxide in concrete, thereby contributing to the prediction of long-term neutralization of concrete and the research related to measures for neutralization of concrete.
Ahmed Abdelraheem Farghaly;Denise-Penelope N. Kontoni
Coupled systems mechanics
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제12권3호
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pp.277-295
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2023
Unsymmetrical high-rise buildings (HRBs) subjected to earthquake represent a difficult challenge to structural engineering, especially taking into consideration the effect of soil-structure interaction (SSI). L-shape in plan HRBs suffer from big straining actions when are subjected to an earthquake (in x- or y-direction, or both x- and y- directions). Additionally, the disastrous effect of seismic pounding may appear between two adjacent unsymmetrical HRBs. For two unsymmetrical L-shape in plan HRBs subjected to earthquake in three different direction cases (x, y, or both), including the SSI effect, different methods are investigated to mitigate the seismic pounding and thus protect these types of structures under the earthquake effect. The most effective technique to mitigate the seismic pounding and help in seismically protecting these adjacent HRBs is found herein to be the use of a combination of pounding tuned mass dampers (PTMDs) all over the height (at the connection points) together with tuned mass dampers (TMDs) on the top of both buildings.
Ahmed Ibrahim;Ibrahim El-Araby;Ahmed I. Saleh;Mohammed Shaaban
Structural Engineering and Mechanics
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제87권4호
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pp.347-361
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2023
This research aims to assess the behavior of reinforced concrete (RC) residential buildings when moment-resisting frames (MRFs) are used as the lateral resisting system. This investigation was conducted using MIDAS Gen v.19.0. Buildings with various plan footprints (Square, Rectangular, Circular, Triangular, and Plus-Shaped), and different heights (15 m, 30 m, 45 m, and 60 m) are investigated. The defined load cases, the equivalent static lateral load pattern, and the response spectrum function were defined as stated by the American Standard (ASCE 7-16), the 1997 Uniform Building Code (UBC97), the Egyptian Code for Loads (ECP-201), and the European Standard (EC8). Extensive comparisons of the results obtained by the different codes (including the story displacement, the story drift, and the base shear) were undertaken; to assess the response of moment-resisting multi-story framed buildings under lateral loads. The results revealed that, for all study cases under consideration, both ECP-201 and EC8 gave smaller base shear, displacement, and drift by one third to one fourth, around one fourth, around one fifth, respectively for both the ELF and RSA methods if compared to ASCE 7-16 and UBC97.
In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.
This paper describes the insulation breakdown characteristics of 72.5 kV dry-air insulated switchgear under development for installation in a wind power generator when a lightning impulse voltage is applied. For this study, the weak point of insulation due to the electric field concentration of the switchgear's internal shape was identified by finite element method (FEM) analysis, and the shape was actually simulated to measure and analyze the polarity of the lightning impulse voltage and the insulation breakdown characteristics according to the gas pressure at dry-air pressures of 0.1 Mpa to 0.45 Mpa. This study derives the maximum electric field with a 50 % discharge probability for each switchgear internal insulation vulnerable point based on the actual test and electrical simulation, which will be useful as reference data for supplementing and changing insulation design in the future.
The grid structures with welded hollow spherical joint (WHSJ) have gained increasing popularity for use in industrial buildings with suspended cranes, and usually welded with steel tube (ST). The fatigue performance of steel tube-welded hollow spherical joint (ST-WHSJ) is however not yet well characterized, and there is little research on fatigue life prediction methods of ST-WHSJ. In this study, based on previous fatigue tests, three series of specimen fatigue data with different design parameters and stress ratios were compared, and two fatigue failure modes were revealed: failure at the weld toe of the ST and the WHSJ respectively. Then, S-N curves of nominal stress were uniformed. Furthermore, a finite element model (FEM) was validated by static test, and was introduced to assess fatigue behavior with the hot spot stress method (HSSM) and the effective notch stress method (ENSM). Both methods could provide conservative predictions, and these two methods had similar results. However, ENSM, especially when using von Mises stress, had a better fit for the series with a non- positive stress ratio. After including the welding residual stress and mean stress, analyses with the local stress method (LSM) and the critical distance method (CDM, including point method and line method) were carried out. It could be seen that the point method of CDM led to more accurate predictions than LSM, and was recommended for series with positive stress ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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