Nano and micro structure-based biosensors are promising tool for label-free detection of biomolecular interactions with great accuracy. This review gives a brief survey on nano and micro platforms to sense a variety of analytes such as DNA, proteins and viruses. Among incredible nano and micro structure for bio-analytical applications, the scope of this paper will be limited to micro and nano resonators and nanowire field-effect transistors. Nanomechanical motion of the resonators transducers biological information to readable signals. They are commonly combined with an optical, capacitive or piezo-resistive detection systems. Binding of target molecule to the modified surface of nanowire modulates the current of the nanowire through electrical field-effect. Both detection methods have advantages of label-free, real-time and high sensitive detection. These structures can be extended to fabricate array-type sensors for multiplexed detection and high-throughput analysis. The biosensors based on these structures will be applied to lab-on-a-chip platforms and point-of-care diagnostics. Basic concepts including detection mechanisms and trends in their fields will be covered in this review.
The purpose of this study is to predict and understand the hydrodynamic forces and their nonlinear behaviors of fluid motion around the submerged plate oscillating near a free surface. To achieve this objective, we have developed a composite grid method for the solution of a radiation problem. The domain is divided into two different grids; one is a moving grid system and the other is a fixed grid system. The moving grid is employed for the body fitted coordinate system and moves with the body. This numerical method is applied to calculation of radiation forces generated by the submerged plate oscillating near a free surface. In order to investigate the characteristics of the radiation forces, the forced heaving tests have been performed with several amplitudes and different submergences near a free surface. These experimental results are compared with the numerical ones obtained by the present method and a linear potential theory. As a result, we can confirm the accuracy of the present method. Finally, the effect of nonlinear and viscous damping has been evaluated on the hydrodynamic forces acting on the submerged plate.
The novelty of this paper is the use of a simple higher order shear and normal deformation theory for bending and free vibration analysis of functionally graded material (FGM) beams on two-parameter elastic foundation. To this aim, a new shear strain shape function is considered. Moreover, the proposed theory considers a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns with taking into account the effects of both transverse shear and thickness stretching. Different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending and free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams for which properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Hamilton's principle is used to derive the governing equations of motion. Navier type analytical solutions are obtained for the bending and vibration problems. Numerical results are obtained to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, foundation parameter, the volume fraction of porosity and micromechanical models on the displacements, stresses, and frequencies.
Merino, Alberto Gonzalez;Pena, Luis Costas de la;Gonzalez, Arturo
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.3
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pp.884-893
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2019
Spent fuel racks are steel structures used in the storage of the spent fuel removed from the nuclear power reactor. Rack units are submerged in the depths of the spent fuel pool to keep the fuel cool. Their free-standing design isolates their bases from the pool floor reducing structural stresses in case of seismic event. However, these singular features complicate their seismic analysis which involves a transient dynamic response with geometrical nonlinearities and fluid-structure interactions. An accurate estimation of the response is essential to achieve a safe pool layout and a reliable structural design. An analysis methodology based on the hydrodynamic mass concept and implicit integration algorithms was developed ad-hoc, but some dispersion of results still remains. In order to validate the analysis methodology, vibration tests are carried out on a reduced scale mock-up of a 2-rack system. The two rack mockups are submerged in free-standing conditions inside a rigid pool tank loaded with fake fuel assemblies and subjected to accelerations on a unidirectional shaking table. This article compares the experimental data with the numerical outputs of a finite element model built in ANSYS Mechanical. The in-phase motion of both units is highlighted and the water coupling effect is detailed. Results show a good agreement validating the methodology.
In this paper, a new higher order shear deformation model is developed for static and free vibration analysis of functionally graded beams with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. Different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending and free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Based on the present higher-order shear deformation model, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain displacement, stresses and frequencies, and the numerical results are compared with those available in the literature. A comprehensive parametric study is carried out to assess the effects of volume fraction index, porosity fraction index, micromechanical models, mode numbers, and geometry on the bending and natural frequencies of imperfect FG beams.
Bennai, Riadh;Atmane, Hassen Ait;Ayache, Belqassim;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, E.A. Adda;Al-Osta, Mohammed A.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.5
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pp.547-561
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2019
In this work, a new analytical approach using a theory of a high order hyperbolic shear deformation theory (HSDT) has been developed to study the free vibration of plates of functionally graduated material (FGM). This theory takes into account the effect of stretching the thickness. In contrast to other conventional shear deformation theories, the present work includes a new displacement field that introduces indeterminate integral variables. During the manufacturing process of these plates defects can appear as porosity. The latter can question and modify the global behavior of such plates. The materials constituting the plate are assumed to be gradually variable in the direction of height according to a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The motion equations are derived by the Hamilton principle. Analytical solutions for free vibration analysis are obtained for simply supported plates. The effects of stretching, the porosity parameter, the power law index and the length / thickness ratio on the fundamental frequencies of the FGM plates are studied in detail.
This paper presents a new nonlocal Hyperbolic Shear Deformation Beam Theory (HSDBT) for the free vibration of porous Functionally Graded (FG) nanobeams. A new displacement field containing integrals is proposed which involves only three variables. The present model incorporates the length scale parameter (nonlocal parameter) which can capture the small scale effect and its account for shear deformation by a hyperbolic variation of all displacements through the thickness without using the shear correction factor. It has been observed that during the manufacture of Functionally Graded Materials (FGMs), micro-voids and porosities can occur inside the material. Thus, in this work, the investigation of the free vibration analysis of FG beams taking into account the influence of these imperfections is established. Four different porosity types are considered for FG nanobeam. Material characteristics of the FG beam are supposed to vary continuously within thickness direction according to a power-law scheme which is modified to approximate material characteristics for considering the influence of porosities. Based on the nonlocal differential constitutive relations of Eringen, the equations of motion of the nanobeam are derived using Hamilton's principle. The effects of nonlocal parameter, aspect ratio, and the porosity types on the dynamic responses of the nanobeam are discussed.
Kim, In-Tae;Kim, Cheolho;Kim, Sang-Hyun;Ko, Donghyeong;Moon, Seong-Ho;Park, Hwanghi;Kwon, Jaewoong;Jin, Bongyong
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.466-477
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2021
There are three different well-known methods for predicting the manoeuvrability of ships: (1) free running model test, (2) direct manoeuvring simulation using CFD and (3) system-based manoeuvring simulation. In this paper, the manoeuvrability of the KVLCC2 was estimated using CFD with rigid body motion and body force propeller method. The free running manoeuvre at the different time steps were also simulated. The yaw checking ability and the turning ability of KVLCC2 were predicted using CFD and could have been confirmed that the IMO criteria was satisfied. When the results were compared with the model test and system-based method, the free running simulation showed better agreement to that of the model test. It could also be confirmed that the results vary depending on the time step. Overall, the CFD results using the body force propeller method estimated most accurately the test results.
This study investigates the free vibration and buckling analyses of isotropic curved plate structures fixed at all ends. The Kirchhoff-Love Plate Theory (KLPT) and Finite Element Method (FEM) are employed to model the curved structure. In order to perform the finite element analysis, a four-node quadrilateral element with 5 degrees of freedom (DOF) at each node is utilized. Additionally, the drilling effect (θz) is considered as minimal to satisfy the DOF of the structure. Lagrange's equation of motion is used in order to obtain the first ten natural frequencies and the critical buckling values of the structure. The effects of various radii of curvatures and aspect ratio on the natural frequency and critical buckling load values for the single-bay and two-bay curved frames are investigated within this scope. A computer code based on finite element analysis is developed to perform free vibration and buckling analysis of curved plate frames. The natural frequency and critical buckling load values of the present study are compared with ANSYS R18.2 results. It has been concluded that the results of the present study are in good agreement with ANSYS results for different radii of curvatures and aspect ratio values of both single-bay and two-bay structures.
Objective: The aim of this study was to investigate the effect of an 8-week closed kinetic chain typed Reformer and Chair Pilates exercise on static and dynamic lower limb alignment for healthy female adults. Method: Ten healthy young female adults without musculoskeletal injury history in last 6 months (Age: 29.3 ± 3.5 yrs., Height: 165 ± 3.4 cm, Body mass: 58.2 ± 5.4 kg) participated in this study. All participants asked to join the 8-week closed kinetic chain typed Reformer and Chair Pilates exercise, and the program was conducted for 60 minutes twice a week. Participants were asked to be measure a static Q-angle and performed free squat one week before and after the program. A 3-D motion analysis with 8 infrared cameras and 5 channels of EMG was executed in this study. The effectiveness of the training was evaluated by paired t-test, and the significance level was set at .05. Results: A significantly decreased in internal rotation angles was found at hip joint during free squat after the training. Also, significantly decreased in lateral rotation angles were found at knee and ankle joint during free squat after training. Finally, significantly decreased in muscle activations were found at adductor longus and peroneus longus during free squat after training. Conclusion: From results of our study, it is concluded that an 8-week closed kinetic chain typed Pilates exercise positively effect on lower limb alignment during dynamic movement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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