In this paper, time-continuous constitutive equations for strain rate-dependent materials are presented first, among which those for the overstress and the consistency viscoplastic models are considered. By allowing the stress states to be outside the yield surface, the overstress viscoplastic model directly defines the flow rule for viscoplastic strain rate. In comparison, a rate-dependent yield surface is defined in the consistency viscoplastic model, so that the standard Kuhn-Tucker loading/unloading condition still remains true for rate-dependent plasticity. Based on the formulation of the consistency viscoplasticity, a computational elasto-viscoplastic constitutive model is proposed for the short fiber-reinforced fresh cementitious paste for extrusion purpose. The proposed constitutive model adopts the von-Mises yield criterion, the associated flow rule and nonlinear strain rate-hardening law. It is found that the predicted flow stresses of the extrudable fresh cementitious paste agree well with experimental results. The rate-form constitutive equations are then integrated into an incremental formulation, which is implemented into a numerical framework based on ANSYS/LS-DYNA finite element code. Then, a series of upsetting and ram extrusion processes are simulated. It is found that the predicted forming load-time data are in good agreement with experimental results, suggesting that the proposed constitutive model could describe the elasto-viscoplastic behavior of the short fiber-reinforced extrudable fresh cementitious paste.
In this study, the efficiencies for both the angular aligned and unaligned positions of the receiver and transmitter coils of wireless power transfer (WPT) systems are examined. Some parameters of the equivalent circuit were calculated with Maxwell 3D software. The analytical solution of the circuit was calculated in MATLAB program through the composition of the system's mathematical modeling. The numerical solution of the system, however, was calculated using PSIM, which is circuit simulation software. In addition, with the use of the finite element method (FEM) in Maxwell 3D software, transient analysis of the three-dimensional system was performed. The efficiency of the system was estimated through the calculation of input and output power. The results demonstrated that power was efficiently transmitted to a certain extent in aligned and unaligned positions. The results also revealed that, for aligned positions, high efficiency with air gaps of 15-20 cm can be obtained and that the efficiency quickly dropped with air gaps of more than 20 cm. For spatially unaligned positions, it was observed that wireless power transfer could be realized with high efficiency with air gaps of up to 10 cm and that efficiency quickly dropped with air gaps of more than 10 cm.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.38-45
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2019
The present work suggests a numerical approach using a thermoacoustic network model for the eigenvalue calculation of thermoacoustic instability problems in an aero gas turbine combustor. The model is developed based on the conservation laws for mass, momentum, and energy between acoustic network elements with an area change. Acoustic field in a practical aero gas turbine combustor which has a complicated flow path is analyzed using the current model. The predictive capabilities of the current modeling approach are compared with the acoustic characteristics calculated using Helmholtz solver based on 3D finite element method(FEM).
Khorasani, Emad;Amini, Mehdi;Hossaini, Mohammad Farouq;Medley, Edmund
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.3
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pp.279-285
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2019
The process of slope stability analysis is one of the most important stages in design of some civil and mining projects. Bimslopes are made from bimrocks (block-in-matrix rocks) where rocky blocks are distributed in a bonded matrix of finer texture. These kind of slopes are often seen in weathered and near-surface depths. Previous studies have shown that VBP (Volumetric Block Proportion) is one of the most significant factors affecting bimrocks strength and consequently the stability of bimslopes. In this paper, the influence of block inclinations on bimslope stability have been investigated. For this purpose, 180 theoretical models have been made with various VBPs, all of them have a specified block size distribution. These bimslopes contain blocks with differing dips relative the slope inclination. Also for each kind of block inclination, 10 different blocks arrangements have been modeled. The Finite Element Method (FEM) was used to analysis the stability of these bimslopes models. The results showed the inclination of blocks has a strong impact on the Safety Factor and stability of bimslopes. When the difference in angle of dip of blocks relative to the slope angle is maximum, the Safety Factor of bimslopes tends to be a maximum compared with the matrix-only state. Furthermore, with increasing VBP of bimslopes stability increases. The graphs obtained from this study could be used for preliminary guidance in the projects design with bimslopes.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.11-17
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2018
Concrete is the well-used material in many architectural and civil structures. The behavior of concrete does exhibit a different characteristic in compression and tension, and it also shows an inelastic-nonlinear behavior. In addition, the concrete properties vary slightly depending on the environmental factor and manufacturer. These properties of concrete make the modeling or simulation of concrete material difficult. In reinforced concrete, particularly, there is a difficulty in bond-slip relationship between concrete and steel. However, in this paper, reserving remainder of these limits the finite element analysis for reinforced concrete beams through ABAQUS simulation has been carried out with some assumptions. Assumptions include the perfect bond of steel and concrete as well as the concrete damaged plasticity (CDP) in concrete property. There is a reasonable agreement between the experimental and numerical results, although the analytical strength and external rod deformation are slightly overestimated. The average and standard deviation between two results are 1.05 and 0.05, respectively. And the models and the computations lead to the evolution of fracture in bending beam.
Gulsan, Mehmet Eren;Cevik, Abdulkadir;Mohmmad, Sarwar Hasan
Computers and Concrete
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v.28
no.5
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pp.507-519
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2021
In this study, a new procedure was proposed in order to predict the crack pattern and failure mode of steel fiber reinforced concrete (SFRC) corbels. Moreover, an experimental study was carried out in order to investigate the effect of several parameters, such as compressive strength, tensile strength, steel fiber ratio, shear span on the mechanical behavior of SFRC corbels in detail. Totally, 24 RC and SFRC corbels were prepared for the experimental study. Experimental results indicate that each investigated parameter has noticeable effect on the load capacity and failure mode of SFRC corbels. Moreover, finite element (FE) model of the tested corbels were prepared and efficiency of FE model was investigated for further studies. Comparison of FE and experimental results show that there is an acceptable fit between them regarding load capacity and crack patterns. Thereafter, parametric study was carried out via FE analyses in order to obtain a methodology for crack pattern and failure mode prediction of SFRC corbels. As a result of parametric studies, a new procedure was proposed as flowcharts in order to predict the failure mode of SFRC corbels for normal and high strength concrete class separately.
The tensile behavior of the Thread-fixed One-side Bolt (TOB) at high temperatures was studied using the Finite Element Modeling (FEM) to explore the structural responses that could not be measured in tests. The accuracy of the FEM was verified using the test results from the failure mode, load-displacement curve as well as yielding load. Three typical failure modes of TOB connected T-stubs were observed, which were the Flange Yielding (FY), the Bolt Failure (BF) and the Coupling Failure mode (CF). The influence of the flange thickness tb and the temperature θ on the tensile behavior of the T-stub were discussed. The initial stiffness and the yielding load decreased with the increase of the temperature. The T-stubs almost lost their resistance when the temperature exceeded 700℃. The failure modes of T-stubs were mainly decided by the flange thickness, which relates to the anchorage of the hole threads and the bending resistance of flange. The failure mode could also be changed by the high temperature. Design equations in EN 1993-1-8 were modified and verified by the FEM results. The results showed that these equations could predict the failure mode and the yielding load at different temperatures with satisfactory accuracy.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.4
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pp.363-371
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2023
To construct a ship, blocks of various sizes must be moved and erected . In this process, lugs are used such that they match the block fastening method and various functions suitable for the characteristics of each shipyard facility. The sizes and shapes of the lugs vary depending on the weight and shape of the block structures. The structure is reinforced by welding the doubling pads to compensate for insufficient rigidity around the holes where the shackle is fastened. As for the method of designing lugs according to lifting loading conditions, a simple calculation based on the beam theory and structural analysis using numerical modeling are performed. In the case of the analytical method, a standardized evaluation method must be established because results may differ depending on the type of element and modeling method. The application of this ambiguous methodology may cause serious safety problems during the process of moving and turning-over blocks. In this study , the effects of various parameters are compared and analyzed through numerical structural analysis to determine the modeling conditions and evaluation method that can evaluate the actual structural response of the lug. The modeling technique that represents the plate part and weld bead around the lug hole provides the most realistic behavior results. The modeling results with the same conditions as those of the actual lug where only the weld bead is connected to the main body of the lug, showed a lower ulimated strength compared with the results obtained by applying the MPC load. The two-dimensional shell element is applied to reduce the modeling and analysis time, and a safety working load was verified to be predicted by reducing the thickness of the doubling pad by 85%. The results of the effects of various parameters reviewed in the study are expected to be used as good reference data for the lug design and safe working load prediction.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.263-270
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1996
Noise control of a plate structure with multiple disk shaped piezoelectric actuators is studied. The plate is excited by an acoustic pressure field produced by a noise source located below the plate. Finite element modeling is used for the plate structure that supports a combination of three dimensional solid, flat shell and transition elements. The objective function, in the optimization procedure, is to minimize the sound energy radiated onto a hemispherical surface of given radius and the design parameters are the locations and sizes of the piezoelectric actuators as well as the amplitudes of the voltages applied to them. Automatic mesh generation is addressed as part of the modeling procedure. Numerical results for both resonance and off resonance frequencies show remarkable noise reduction and the optimal locations of the actuators are found to be close to the edges of the plate structure. The optimized result is robust such that when the acoustic pressure pattern is changed, reduction of radiated sound is still maintained. The robustness of an optimally designed structure is also tested by changing the frequency of the noise source using only the actuator voltages as design parameters.
Effects of bipolar pulse driving frequency between 50 kHz and 250 kHz on the discharge shapes were analyzed by measuring plasma characteristics by OES (Optical Emission Spectroscopy) and Langmuir probe. Plasma characteristics were modeled by a simple electric field analysis and fluid plasma modeling. Discharge shapes by a continuous dc and bipolar pulsed dc were different as a dome-type and a vertical column-type at the cathode. From OES, the intensity of 811.5 nm wavelength, the one of the main peaks of Ar, decreased to about 43% from a continuous dc to 100 kHz. For increasing from 100 kHz to 250 kHz, the intensity of 811.5 nm wavelength also decreased by 46%. The electron density decreased by 74% and the electron temperature increased by 36% at the specific position due to the smaller and denser discharge shape for increasing pulse frequency. Through the numerical analysis, the negative glow shape of a continuous dc were similar to the electric potential distribution by FEM (Finite Element Method). For the bipolar pulsed dc, we found that the electron temperature increased to maximum 10 eV due to the voltage spikes by the fast electron acceleration generated in pre-sheath. This may induce the electrons and ions from plasma to increase the energetic substrate bombardment for the dense thin film growth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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