It is possible to prevent a piston from contacting the cylinder by changing the shape of the piston or by applying micro-textures, such as micro-grooves or micro-holes, over the piston surface. Usually, the minimum radial clearance reaches its minimum value at the beginning of the suction stroke because the pressure around the piston is low and almost axisymmetric such that the net pressure force on the piston is not sufficiently high to support the piston from touching the cylinder. In this study, we apply a series of saw-tooth-shaped grooves on the piston surface, and numerically investigate the effects of groove depth, groove angle, and the number of grooves with radial clearance variations using a finite difference method. We conduct a dynamic analysis of the piston for various changes in groove geometries to obtain the minimum radial clearance variation for the entire compression cycle. The minimum radial clearance increases while friction loss decreases when we apply the series of saw-tooth-shaped grooves on the piston. In addition, we analyze the impact of the change in the groove shape variable due to changes in radial clearance. Leakage variations are relevant to radial clearance, but have almost no effect on the groove parameters.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.11
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pp.941-948
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2016
Textile composite materials have been widely applied in aerospace structures due to their various advantages such as high specific stiffnesses and strengths, better out-of-plane performances, impact and delamination resistances, and net shape fabrications. In this paper, a modified geometric model of repeating unit cell (RUC) is suggested based on the Naik's model for 2D plain weave textile composites. The RUC geometry is defined by various parameters. The proposed model considers another parameter which is a gap length between adjacent yarns. The effective stiffnesses are predicted by using the yarn slicing technique and stress averaging technique based on iso-strain assumption. And the stiffnesses of RUC are evaluated by adjusting the gap ratio and verified by comparing with Naik's model and experimental data for 2D plain weave composite specimens.
Yuan, Yao;Xu, Ye-Shuang;Shen, Jack S.;Wang, Bruce Zhi-Feng
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.5
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pp.467-477
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2018
Estimation of hydraulic parameters is a critical step during design of foundation dewatering works. When many piles are installed in an aquifer, estimation of the hydraulic conductivity should consider the blocking of groundwater seepage by the piles. Based on field observations during a dewatering project in Shanghai, hydraulic conductivities are back-calculated using a numerical model considering the actual position of each pile. However, it is difficult to apply the aforementioned model directly in field due to requirement to input each pile geometry into the model. To develop a simple numerical model and find the optimal hydraulic conductivity, three scenarios are examined, in which the soil mass containing the piles is considered to be a uniform porous media. In these three scenarios, different sub-regions with different hydraulic conductivities, based on either automatic inverted calculation, or on effective medium theory (EMT), are established. The results indicate that the error, in the case which determines the hydraulic conductivity based on EMT, is less than that determined in the automatic inversion case. With the application of EMT, only the hydraulic conductivity of the soil outside the pit should be inverted. The soil inside the pit with its piles is divided into sub-regions with different hydraulic conductivities, and the hydraulic conductivity is calculated according to the volume ratio of the piles. Thus, the use of EMT in numerical modelling makes it easier to consider the effect of piles installed in an aquifer.
The progressive collapse phenomenon is generally regarded as dynamic. Due to the impracticality of nonlinear dynamic computations for practitioners, an interest arises for the development of equivalent static pushover procedures. The present paper proposes a methodology to identify such a procedure for sudden column removals, using energetic evaluations to determine the pushover loads to apply. In a dynamic context, equality between the cumulated external and internal works indicates a vanishing kinetic energy. If such a state is reached, the structure is sometimes assumed able to withstand the column removal. Approximations of these works can be estimated using a static computation, leading to an estimate of the displacements at the zero kinetic energy configuration. In comparison with other available procedures based on such criteria, the present contribution identifies loading patterns to associate with the zero-kinetic energy criterion to avoid a single-degree-of-freedom idealisation. A parametric study over a family of regular steel structures of varying sizes uses non-linear dynamic computations to assess the proposed pushover loading pattern for the cases of central and lateral ground floor column failure. The identified quasi-static loading schemes are shown to allow detecting nearly all dynamically detected plastic hinges, so that the various beams are provided with sufficient resistance during the design process. A proper accuracy is obtained for the plastic rotations of the most plastified hinges almost independently of the design parameters (loads, geometry, robustness), indicating that the methodology could be extended to provide estimates of the required ductility for the beams, columns, and beam-column connections.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
Bandpey, Abbas Kamali;Shahriar, Kourush;Sharifzadeh, Mostafa;Marefvand, Parviz
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.1
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pp.21-34
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2018
Discontinuities considerably affect the mechanical and hydraulic properties of rock mass. These properties of the rock mass are influenced by the geometry of the discontinuities to a great extent. This paper aims to render an account of the geometrical parameters of several discontinuity sets related to the surrounding rock mass of Rudbar Lorestan Pumped Storage Power Plant powerhouse cavern making use of the linear and areal (circular and rectangular) sampling methods. Taking into consideration quite a large quantity of scanline and the window samplings used in this research, it was realized that the areal sampling methods are more time consuming and cost-effective than the linear methods. Having corrected the biases of the geometrical properties of the discontinuities, density (areal and volumetric) as well as the linear, areal and volumetric intensity accompanied by the other properties related to four sets of discontinuities were computed. There is an acceptable difference among the mean trace lengths measured using two linear and areal methods for the two joint sets. A 3D discrete fracture network generation code (3DFAM) has been developed to model the fracture network based on the mapped data. The code has been validated on the basis of numerous geometrical characteristics computed by use of the linear, areal sampling methods and volumetric method. Results of the linear sampling method have significant variations. So, the areal and volumetric methods are more efficient than the linear method and they are more appropriate for validation of 3D DFN (Discrete Fracture Network) codes.
In this study, we propose a new optimization algorithm for a withdrawal weighted SAW transversal filter to satisfy given, specifications such as bandwidth, ripple, insertion loss, and sidelobe rejection level. An analysis tool for the withdrawal weighted filter has been produced by means of the delta function model, and has been applied to the design of a filter consisting of an uniform input IDT and a withdrawal weighted output IDT. This optimization algorithm consists of three routines, which eventually determines eight design parameters to satisfy the performance specifications. At the first step, the number of input and output IDT fingers and their geometrical size are determined by the insertion loss specification. At the next step, the bandwidth is controlled by the change of the IDT finger position. Finally, the sidelobe rejection level is modified through the add/skip technique of IDT fingers. The algorithm in this paper is distinct from conventional techniques in that it can simultaneously consider all the specifications such as bandwidth, ripple, sidelobe rejection level and insertion loss, and optimize the geometry of the withdrawal weighted SAW filter.
This paper describes structural optimization of optical fiber-wound mandrel hydrophones with Finite Element Method (FEM). The hydrophone is supposed to have operation frequency range of up to 10 kHz and show omni-directional sensitivity pattern at 5 kHz. Studied parameters are mandrel geometry, molding thickness, and material properties of constitutional parts of the hydrophone. Theoretical calculation result shows that pressure sensitivity of the hydrophone increased as either mandrel length or molding thickness gets larger. Also higher pressure sensitivity requires a mandrel or molding material with relatively low Youngs modulus or Poissons ratio. Hydrophone bandwidth increases either as the mandrel length becomes shorter or as the mandrel becomes harder. The omni-directional characteristic is improved as the mandrel length becomes shorter, at 5 kHz. With the above results, we determine the structure of an optical fiber-wound mandrel hydrophone which has the pressure sensitivity of $30 {\times} 10_{-7}$ Rad./Pa, operation frequency range of up to 10 kHz, and shows omni-directional sensitivity pattern at 5 kHz.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.12
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pp.6053-6059
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2013
Heat pumps have attracted considerable attention as a green energy system because they use renewable energy, such as geothermal, solar energy and waste heat, and can have a low electricity consumption rate compared to other conventional electric heating system. Many studies of high efficient heat pump system design was performed previously,but it is not easy to find any an analytical model that consists of components (e.g. compressor, heat exchangers, and expansion valve), not only having an interrelation and interconnection each other but also being flexible to any change in geometry and operating parameters. In this study, a computational model was developed for a heat pump with warm air as a heat source using the one-dimensional modeling software, AMESim. In combination with an independently-developed analytical model for a scroll compressor, the heat pump model can simulate the physical characteristics and actual behavior of the heat pump precisely. In addition, the reliability of the model was improved by verifying the simulation results using experimental data. The simulation data fell into the 10% error range compared with the experimental data. The heat pump model can be used for system optimization studies of product development and applied to other applications in a range of industrial field.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.3
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pp.558-564
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2016
The network interference gives positive and negative effects to security and QoS simultaneously by disturbing the decoding of receiver and eavesdropper. The transmission of artificial noise enables to indirectly control these contradicting effects. This paper proposed the secrecy enhancement technique via artificial noise with protected zones of transmitter and receiver and investigated its gain by using stochastic geometry. For given arbitrary artificial noise power ratio, we first analyzed connection outage probability and secrecy outage probability for four different scenarios (separated, overlapped, included secrecy protected zones- type A, B) according to distance and size of protected zones of the transmitter and receiver. We then derive the secrecy transmission rate and find the optimal artificial noise power ratio to maximize it. Finally, with numerical examples, we investigate the effects of the system parameters such as size of protected zones of transmitter and receiver on the optimal artificial noise power ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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