Sanjideh, Bahador Adel;Hamzehkolaei, Azadeh Ghadimi;Hosseinzadeh, Ali Zare;Amiri, Gholamreza Ghodrati
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.4
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pp.489-502
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2022
This paper is aimed at developing an optimization-based Finite Element model updating approach for structural damage identification and quantification. A modal flexibility-based error function is introduced, which uses modal assurance criterion to formulate the updating problem as an optimization problem. Because of the inexplicit input/output relationship between the candidate solutions and the error function's output, a robust and efficient optimization algorithm should be employed to evaluate the solution domain and find the global extremum with high speed and accuracy. This paper proposes a new multi-stage Selective Particle Swarm Optimization (SPSO) algorithm to solve the optimization problem. The proposed multi-stage strategy not only fixes the premature convergence of the original Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, but also increases the speed of the search stage and reduces the corresponding computational costs, without changing or adding extra terms to the algorithm's formulation. Solving the introduced objective function with the proposed multi-stage SPSO leads to a smart feedback-wise and self-adjusting damage detection method, which can effectively assess the health of the structural systems. The performance and precision of the proposed method are verified and benchmarked against the original PSO and some of its most popular variants, including SPSO, DPSO, APSO, and MSPSO. For this purpose, two numerical examples of complex civil engineering structures under different damage patterns are studied. Comparative studies are also carried out to evaluate the performance of the proposed method in the presence of measurement errors. Moreover, the robustness and accuracy of the method are validated by assessing the health of a six-story shear-type building structure tested on a shake table. The obtained results introduced the proposed method as an effective and robust damage detection method even if the first few vibration modes are utilized to form the objective function.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.1
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pp.29-34
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2024
The heating element utilizing the Joule heating generated when current flows through a conductor is widely researched and developed for various industrial applications such as moisture removal in automotive windshield, high-speed train windows, and solar panels. Recently, research utilizing heating elements with various nanostructures has been actively conducted to develop flexible heating elements capable of maintaining stable heating even under mechanical deformation conditions. In this study, flexible polyurethane possessing excellent flexibility was selected as the substrate, and silver (Ag) thin films with low electrical resistivity (1.6 μΩ-cm) were fabricated as the heating layer using magnetron sputtering. The 2D heating structure of the Ag thin films demonstrated excellent heating reproducibility, reaching 95% of the target temperature within 20 seconds. Furthermore, excellent heating characteristics were maintained even under mechanically deforming environments, exhibiting outstanding flexibility with less than a 3% increase in electrical resistance observed in repetitive bending tests (10,000 cycles, based on a curvature radius of 5 mm). This demonstrates that polyurethane/Ag planar heating structure bears promising potential as a flexible/wearable heating element for curved-shaped appliances and objects subjected to diverse stresses such as human body parts.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.3
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pp.229-235
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2013
To investigate the effect of the flexible artery wall on the blood flow, three-dimensional numerical simulations were carried out for analyzing the time-dependent incompressible flows of Newtonian fluids constrained by a flexible wall. The Navier-Stokes equations for fluid flow were solved using the P2P1 Galerkin finite element method, and mesh movement was achieved using an arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation. The Newmark method was employed for solving the dynamic equilibrium equations for the deformation of a linear elastic solid. To avoid complexity due to the necessity of additional mechanical constraints, we used a combined formulation that includes both the fluid and structure equations of motion to produce a single coupled variational equation. The results showed that the flexibility of the carotid wall significantly affects flow phenomena during the pulse cycle. The flow field was also found to be strongly influenced by the bifurcation angle.
In this paper, the contact stress and friction force between multi-balls and rolling friction contact surfaces of two cylinders have been presented using a finite element analysis. The multi-balls for a rolling friction motion may be contacted with a reciprocating mechanism of a parallel cylinder and a misaligned cylinder in a LPG filling unit. The FEM computed results indicate that SiC ceramic and SUS 304 balls show a high contact stress and friction force on the contact spot of rolling balls. But the PEEK balls show a low contact stress and friction loss due to a high flexibility of a PEEK polymer. In this study, we may recommend SiC and SUS 304 balls for high compressive loadings between a multi-ball and a cylinder contact mechanisms and PEEK balls for a low compressive force. And the misalignment between two cylinders should be restricted for a low contact stress and friction loss, especially.
Cho, Hyun Yung;Cheung, Jin Hwan;Kim, Seong Do;Han, Choong Mok
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.1
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pp.1-8
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1992
A method analizing contact pressure between plate and elastic half space is presented by using F.E.M. With the method, the pressure intensities at surface nodes of half space cae be directly calculated by using flexibility matrix of half space. The method is originally presented by Y.K. Cheung et al.(3) Insted of Y.K. Cheung's method, which use a conception of equi-contact pressure area around each surface nodes of half space in the noded rectanqular element area. We use the equi-contact pressure area around the Gaussian integration points of half space surface in the noded isoparametric element area. Numarical examples are presented and compared with other's studies.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.512-520
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2006
The effects of flexibilities of supporting structures on shaft alignment are growing as ship sizes are Increasing mainly for container carrier and LNG carrier. But, most of classification societies not only do not suggest any quantitative guidelines about the flexibilities but also do not have shaft alignment design program considering the flexibility of supporting structures. A newly developed program, which is based on innovative shaft alignment technologies including nonlinear elastic multi-support bearing concept and hull deflection database approach, has S basic modules : 1)fully automated finite element generation module, 2) hull deflection database and it's mapping module on bearings, 3) squeezing and oil film pressure calculation module, 4) optimization module and 5) gap & sag calculation module. First module can generate finite element model including shafts, bearings, bearing seats, hull and engine housing without any misalignment of nodes. Hull deflection database module has built-in absolute deflection data for various ship types, sizes and loading conditions and imposes the transformed relative deflection data on shafting system. The squeezing of lining material and oil film pressures, which are relatively solved by Hertz contact theory and built-in hydrodynamic engine, can be calculated and visualized by pressure calculation module. One of the most representative capabilities is an optimization module based on both DOE and Hooke-Jeeves algorithm.
Tall Buildings have been one of the most prominent symbols of economic growth for nearly a century. Yet, in the aftermath of the tragedies of September 11, "signature" Tall buildings have become the focus of much debate. The structural systems today are undergoing a major evolution to address the ability of providing flexibility in the design and use of the building together with sustainability (Green) and cost-effective system. This paper describes a new invented structural system, evolutionary structural analysis and design of Tall buildings, which involves the entire analysis process, including conceptual and design stages and comparison with the existing Tall building. This study presents an new innovative structural system, Beehive (Hexagrid), for Tall buildings. The final results are achieved by modeling an 80 story Tall building with the optimized angle and topology of hexagon members by using a computer analysis, ETABS finite element analysis. The objective function of this system is to use one structural system in order to both maximize Eigen frequency for resisting dynamic responses and minimize mean compliance for static responses. Finite element analysis is carried out by using standardized materials. Optimal Hexagrid topologies with the highest stiffness are finally determined to resist both static and dynamic behaviors. Holistic design integration approaches between structures and facades to save energy for environmental control are studied. Innovative design ideas to control structural motion as well as to utilize that motion to harness energy are discussed. Considering abundant emergence of tall buildings all over the world in recent years, the importance of the studies presented in this paper cannot be overemphasized for constructing more sustainable built environments.
Kim, KwangYoon;Park, SukHee;Lee, HanBit;Lee, NakGyu;Yoon, JongHun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.6
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pp.553-560
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2017
3D printing technology has been a great interest in human bio-interfaces and human-like robotics since they require arbitrary and adaptive manufacturing. This research mainly concerns the 3D fabrication of a packed biosensor using elastomeric sheets made of PDMS. It is essential to design the PDMS molding with 3D printing since, in the case of biosensors, it should not only produce a conformal shape depending on an arbitrary skin surface but also guarantee a uniform thickness distribution during solidification in the PDMS prepolymer solution. To satisfy the characteristics of the PDMS molding, such as flexibility in the de-molding and stiffness in the solidification processes, multi-materials have been selectively applied to the PDMS molding design, which has been validated with finite element analyses and compared with the 3D printed molding.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.3
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pp.200-208
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1999
In this paper, the corona discharge is analyzed by Finite Element Method(FEM) combined with Flux-corrected Transport(FCT) algorithm. In the previous papers, Finite Difference Method(FDM) combined with FCT was used. Usually in the FDM, the regionof interest is discretized with structured grids. But to refine local regions with same resolution, much more grids are required for the structured grids than for unstructured grids than for unstructured grids. Therefore, we propose the FEM-FCT method to simulate the corona discharge. The proposed method has good flexibility in model shape and can reduce the computational cost by the local refinement where the physical quantities have steep gradients. Using the proposed method, we study the streamer growth of parallel plate electrodes which is initiated by the low and high perturbation density. We find that the varying the initial density of perturbation has very little effect on the streamer propagation. And the corona discharge of the rod-to-plane electrode is simulated. On the surface of the rod electrode, the high concentration of the electric field gives rise to many number of streamer seeds. The strong axial streamer propagate to the plane electrode. The weaker non-axial streamer repel each other and stop growing more. The results are very similar to those of the papers which used the FDM-FCT method on structured grids. Thus we can conclude that the proposed FEM-FCT method is more efficient than the conventional FDM-FCT method by virtue of the reduction in computational grids number.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.177-184
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2011
In this paper the nonlinear analysis that include time-dependent characteristics of materials and geometric nonlinearity of elements for the cable-stayed PSC bridges is presented. Analysis models for finite element method were developed based on the flexibility based fiber beam-column model originally proposed by Spacone et al.(1996). The developed analysis model implemented in general purpose object-oriented finite element analysis program named HFC(Cho 2009). The performance of proposed analysis models is evaluated by comparing with the former results of the design data. The deflection of time dependent analysis is larger than time ignored analysis on construction sequences, and the bridge is destructed at a smaller deflection than the time ignored analysis on failure behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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