Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.24
no.1
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pp.39-44
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2019
A high-temperature superconducting(HTS) generators have been actively studied because of its advantages of weight, size, and efficiency. A large-scale superconducting wind power generator becomes a very low-speed high-torque rotating machine. In these machines, high electromagnetic force and torque are important issued. Two generators connected in series on one shaft design are one of the solution to overcome the high torque problem. In this paper, the authors design and analyze a 15 MW class HTS generator. The 15 MW HTS generator is confirmed in terms of magnetic field distribution and torque performance using a 3D finite element method. As a result, the designed generators generates less torque than a conventional generator. The designed 15 MW superconducting generator will be effectively utilized in the construction of the large-scale wind power generation system.
Namayandeh, Mohammad Javad;Mohammadimehr, Mehdi;Mehrabi, Mojtaba
Advances in materials Research
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v.8
no.2
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pp.117-135
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2019
The lifetime of a gas turbine combustor is typically limited by the durability of its liner, the structure that encloses the high-temperature combustion products. The primary objective of the combustor thermal design process is to ensure that the liner temperatures do not exceed a maximum value set by material limits. Liner temperatures exceeding these limits hasten the onset of cracking which increase the frequency of unscheduled engine removals and cause the maintenance and repair costs of the engine to increase. Hot gas temperature prediction can be considered a preliminary step for combustor liner temperature prediction which can make a suitable view of combustion chamber conditions. In this study, the temperature distribution of ceramic panels for a V94.2 gas turbine combustor subjected to realistic operation conditions is presented using three-dimensional finite difference method. A simplified model of alumina ceramic is used to obtain the temperature distribution. The external thermal loads consist of convection and radiation heat transfers are considered that these loads are applied to flat segmented panel on hot side and forced convection cooling on the other side. First the temperatures of hot and cold sides of ceramic are calculated. Then, the thermal boundary conditions of all other ceramic sides are estimated by the field observations. Finally, the temperature distributions of ceramic panels for a V94.2 gas turbine combustor are computed by MATLAB software. The results show that the gas emissivity for diffusion mode is more than premix therefore the radiation heat flux and temperature will be more. The results of this work are validated by ANSYS and ABAQUS softwares. It is showed that there is a good agreement between all results.
Wind-resistant design of existing cooling tower structures overlooks the impacts of rainfall. However, rainstorm will influence aerodynamic force on the tower surface directly. Under this circumstance, the structural response of the super-large cooling tower (SLCT) will become more complicated, and then the stability and safety of SLCT will receive significant impact. In this paper, surrounding wind fields of the world highest (210 m) cooling tower in Northwest China underthree typical wind velocities were simulated based on the wind-rain two-way coupling algorithm. Next, wind-rain coupling synchronous iteration calculations were conducted under 9 different wind speed-rainfall intensity combinations by adding the discrete phase model (DPM). On this basis, the influencing laws of different wind speed-rainfall intensity combinations on wind-driving rain, adhesive force of rain drops and rain pressure coefficients were discussed. The acting mechanisms of speed line, turbulence energy strength as well as running speed and trajectory of rain drops on structural surface in the wind-rain coupling field were disclosed. Moreover, the fitting formula of wind-rain coupling equivalent pressure coefficient of the cooling tower was proposed. A systematic contrast analysis on its 3D distribution pattern was carried out. Finally, coupling model of SLCT under different working conditions was constructed by combining the finite element method. Structural response, buckling stability and local stability of SLCT under different wind velocities and wind speed-rainfall intensity combinations were compared and analyzed. Major research conclusions can provide references to determine loads of similar SLCT accurately under extremely complicated working conditions.
In this paper, a cylindrical photonic crystal waveguide with a low-index core is first proposed. The core can be filled with air, liquid, or arbitrary dielectric materials. Exact analyses for the electromagnetic field characteristics of guided modes, by using appropriate Bessel functions and applying the boundary conditions, are performed to find out the guiding characteristics of the proposed waveguide. For verification and usage in design and manufacturing process, the computer-calculation of the waveguide transmission characteristics is also performed by applying the rigorous full-vectorial finite difference method. Providing variations of the effective area for the fundamental mode of the designed waveguide with different numbers of cladding layers, ranging from 2.6056 ㎛2 to 5.9673 ㎛2 over the operation wavelength, generally as the core refractive index n1 is higher, the mode area becomes smaller and the result leads to more optimistic effect for nonlinear device applications.
Reinforced concrete (RC) columns are crucial in building structures and they are of higher vulnerability to terrorist threat than any other structural elements. Thus it is of great interest and necessity to achieve a comprehensive understanding of the possible responses of RC columns when exposed to high intensive blast loads. The primary objective of this study is to derive analytical formulas to assess vulnerability of RC columns using an advanced numerical modelling approach. This investigation is necessary as the effect of blast loads would be minimal to the RC structure if the explosive charge is located at the safe standoff distance from the main columns in the building and therefore minimizes the chance of disastrous collapse of the RC columns. In the current research, finite element model is developed for RC columns using LS-DYNA program that includes a comprehensive discussion of the material models, element formulation, boundary condition and loading methods. Numerical model is validated to aid in the study of RC column testing against the explosion field test results. Residual capacity of RC column is selected as damage criteria. Intensive investigations using Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) methodology are then implemented to evaluate the influence of scaled distance, column dimension, concrete and steel reinforcement properties and axial load index on the vulnerability of RC columns. The generated empirical formulae can be used by the designers to predict a damage degree of new column design when consider explosive loads. With an extensive knowledge on the vulnerability assessment of RC structures under blast explosion, advancement to the convention design of structural elements can be achieved to improve the column survivability, while reducing the lethality of explosive attack and in turn providing a safer environment for the public.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.22
no.3
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pp.139-143
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2022
In this study, Among the electromagnetic induction power generation (EMG) techniques, the design specifications of the RFPM were set, and a suitable test prototype was manufactured through finite element analysis (FEM, 2D) required for characteristic calculation. In addition, a dedicated testing device (Dynamo-Tester) was designed and manufactured to measure and analyze the test prototype. The test product was measured with a test device and the result is analyzed to suggest a method that can be applied by generating as much output power as possible to charge the battery of the wearable IT device using actual kinetic energy of the human body. As a result of the test, the output power was 1.679W and the efficiency was 79.31% under the conditions of rotation speed of 780.9rpm, torque of 0.264kgf/cm, and load current of 73.6~73.9mA. Therefore, it was analyzed that it was possible to charge the wearable device with the output of the ultra-small RFPM pendulum generator.
A series of studies such as geological logging data analysis, detailed geological survey, rock mass evaluation, in-situ and laboratory tests, rock strength and mechanical properties of the rock were concerned. The stability of the slope were carried out inorder to design the pit slope and individual benches using the stereographic projection analysis and numerical methods in Roto Pit of Pasir coal field. The bedding plane was one of the major discontinuities in the Roto Pit and the dip of which is about 60$^{\circ}$ in the northern part and 83$^{\circ}$ in the southern part. The dip of bedding becomes steeper from north to south. The plane and toppling failures are presented in many slopes. In laboratory test the average uniaxial compressive strength of mudstone was 9MPa and that of weak sandstone was 10MPa. In-situ test showed that the rocks of Roto north mining area are mostly weak enough to be classified in grade from R2(weak) to R3(medium strong weak) and the coal is classified in grades from R1(Very weak) to R2(Weak). The detailed stability analysis were carried out on 4 areas of Roto north (east, west, south and north), and 2 areas of Roto south(east and west). In this paper, the minimum factor of safety was set to 1.2 which is a general criterion for open pit mines. Using the stereographic projection analysis and the limit equilibrium method, slope angles were calculated as 30∼36$^{\circ}$ for a factor of safety greater than 1.2. Then these results were re-evaluated by numerical analysis using FLAC. The final slope angles were determined by rational described above. A final slope of 34 degrees can guarantee the stability for the eastern part of the Roto north area, 33 degrees for the western part, 35 degrees for the northern part and 35 degrees for the southern part. For the Roto south area, 36 degrees was suggested for both sides of the pit. Once the pit slope is designed based on the stability analysis and the safety measures, the stability of slope should be checked periodically during the mining operations. Because the slope face will be exposed long time to the rain fall, a study such aspreventive measures against weathering and erosion is highly recommended to be implemented.
An almost permanent anchor (friction type) is resistant to ground deformation due to the friction between the soil and grout at a fixed length from the anchor body. The purpose of this study is to calculate the force of bearing resistance for a bearing anchor in enlarged boreholes. We conducted analytical and numerical analyses, along with laboratory testing, to find the quantities of bearing resistance prior to grouting in EBA (Enlarged Bearing Anchor) construction. The force of bearing resistance from the analytical method was defined as a function of general borehole diameter, expanded borehole diameter, and soil unconfined compressive strength. We also employed the Flac 3D finite difference numerical modeling code to analyze the bearing resistance of the soil conditions. We then created a laboratory experimental model to measure bearing resistance and carried out a pull-out test. The results of these three analyses are presented here, and a regression analysis was performed between bearing resistance and uniaxial compression strength. The laboratory results yield the strongest bearing resistance, with reinforcement 28.5 times greater than the uniaxial compression strength; the analytical and numerical analyses yielded values of 13.3 and 9.9, respectively. This results means that bearing resistance of laboratory test appears to be affected by skin friction resistance. To improve the reliability of these results, a comparison field study is needed to verify which results (analytical, numerical, or laboratory) best represent field observations.
In this study, the so-called repeated plate load bearing test (RPBT) used to get $E_{v2}$ values in order to check the degree of compaction of subgrade, and to get design parameters for determining the thickness of the trackbed foundation, is investigated. The test procedure of the RPBT method is scrutinized in detail. $E_{v2}$ values obtained from the field were verified in order to check the reliability of the test data. The $E_{v2}$ values obtained from high-speed rail construction sites were compared to converted modulus values obtained from resonant column (RC) test results. For these tests, medium-size samples composed of the same soils from the field were used after analyzing stress and strain levels existing in the soil below the repeated loading plates. Finite element analyses, using the PLAXIS and ABAQUS programs, were performed in order to investigate the impact of the strain influence coefficient. This was done by getting newly computed $I_z$ to get the precise strain level predicted on the subgrade surface in the full track structure; under wheel loading. It was verified that it is necessary to use precise loading steps to construct nonlinear load-settlement curves from RPBT in order to get correct $E_{v2}$ values at the proper strain levels.
Huang, Shuling;Pei, Qitao;Ding, Xiuli;Zhang, Yuting;Liu, Dengxue;He, Jun;Bian, Kang
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.2
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pp.151-163
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2020
Grouting method is an effective way of reinforcing cracked rock masses and plugging water gushing. Current grouting diffusion models are generally developed for horizontal cracks, which is contradictory to the fact that the crack generally occurs in rock masses with irregular spatial distribution characteristics in real underground environments. To solve this problem, this study selected a cement-sodium silicate slurry (C-S slurry) generally used in engineering as a fast-curing grouting material and regarded the C-S slurry as a Bingham fluid with time-varying viscosity for analysis. Based on the theory of fluid mechanics, and by simultaneously considering the deadweight of slurry and characteristics of non-uniform spatial distribution of viscosity of fast-curing grouts, a theoretical model of slurry diffusion in an oblique crack in rock masses at constant grouting rate was established. Moreover, the viscosity and pressure distribution equations in the slurry diffusion zone were deduced, thus quantifying the relationship between grouting pressure, grouting time, and slurry diffusion distance. On this basis, by using a 3-d finite element program in multi-field coupled software Comsol, the numerical simulation results were compared with theoretical calculation values, further verifying the effectiveness of the theoretical model. In addition, through the analysis of two engineering case studies, the theoretical calculations and measured slurry diffusion radius were compared, to evaluate the application effects of the model in engineering practice. Finally, by using the established theoretical model, the influence of cracking in rock masses on the diffusion characteristics of slurry was analysed. The results demonstrate that the inclination angle of the crack in rock masses and azimuth angle of slurry diffusion affect slurry diffusion characteristics. More attention should be paid to the actual grouting process. The results can provide references for determining grouting parameters of fast-curing grouts in engineering practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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