Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.1
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pp.106-115
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1988
A numerical procedure for determining the airfoil shape that maximizes the lift is presented. The structure of the flow field is calculated by iteratively coupling potential flow and boundary analysis using the viscous-inviscid interaction method. The potential flow field is obtained by the vortex panel method and boundary layer flow is analyzed by means of integral approximation method which is capable of handling the laminar, transition and turbulent flow regimes. As the result of this study, it is found that the calculated flow regimes have good agreement with the existing experimented data. Davidon-Fletcher-Powell method and Augmented Lagrange Multiplier method are used for the optimal techniques. NACA 23012, NACA 65-3-21, NACA 64-2-415, NACA 64-2-A215 airfoils are used for determining the optimal airfoil shapes as a basic and compensate airfoils. Optimal design showed that the lift coefficients are increased by 17.4% at M$_{0}$=0.2 and 29% at M$_{0}$=0.3, compared with those of basic airfoil.oil.
A numerical simulation method has been developed to predict atmospheric flow and stack gas diffusion using a calculation domain of several km around a stack under complex terrain conditions containing buildings. The turbulence closure technique using a modified k-$\varepsilon$-type model under a non hydrostatic assumption was used for the flow calculation, and some of the calculation grids near the ground were treated as buildings using a terrain-following coordinate system. Stack gas diffusion was predicted using the Lagrangian particle model, that is, the stack gas was represented by the trajectories of released particles. The numerical model was applied separately to the flow and stack gas diffusion around a cubical building and to a two-dimensional ridge in this study, before being applied to an actual terrain containing buildings in our next study. The calculated flow and stack gas diffusion results were compared with those obtained by wind tunnel experiments, and the features of flow and stack gas diffusion, such as the increase in turbulent kinetic energy and the plume spreads of the stack gas behind the building and ridge, were reproduced by both calculations and wind tunnel experiments. Furthermore, the calculated profiles of the mean velocity, turbulent kinetic energy and concentration of the stack gas around the cubical building and the ridge showed good agreement with those of wind tunnel experiments.
Kim Hey-Suk;Shin Mi-Soo;Jang Dong-Soon;Park Byung-Soo;Um Tae-In
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.10a
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pp.133-138
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2002
A 3-D axisymmetric computer program is developed to predict the NO behavior in SNCR system for the stoker incinerator with the waste treatment capacity, 200ton/day. To this end a turbulent reacting flow field calculation is made using proper assumption and empiricism. The stoker bed is assumed to be a homogeneous waste-volatilized gaseous state. The initial composition or reactants are assumed based on the data of the ultimate analysis. Turbulent is resolved by k-e model and turbulent reaction is handled by eddy-breakup model harmonized with empirical chemistry data for gaseous combustion, NO and urea reaction. The liquid droplet is traced by Lagrangian method incorporated by aerodynamic drag, Coriolis and crntrifugal forces. Radiation is treated by sensible heat loss model. Calculation results are in good agreement with experimental data at the outlet of post combustion chamber in Daejon 4th industrial complex. The flue gas shows the temperature range of $900\sim1000^{\circ}C$, velocity of 5m/s and NO concentration of 140ppm at the exit while the measured temperature, flue gas velocity and NO concentration are $967^{\circ}C$, $3\sim4m/s$ and $100\sim200ppm$respectively. Using the developed computer program a parametric study has been made with the variation of heat content of waste, castable length and SNCR variables for the determination of proper injector location. In general, the calculated results are consistent and physically acceptable.
paper presents the results of a three-dimensional study of the natural vibration of laminated composite rectangular plates with various combinations of clamped and free boundaries. The Ritz method was used to obtain the stationary values of the associated Lagrangian, with displacements approximated using mathematicaly complete, characteristic orthogonal polynomials. The correctness of the three-dimensional model was established through a convergence study of the non-dimensional frequencies, followed by a comparison of the analytical findings in the existing literature. The wide scope of additional three-dimensional frequency results explains the influence of a number of geometrical and material parameters for angle-ply and cross-ply laminated plates, namely aspect ratio (${\mathcal{a/b}}$), thickness ratio (${\mathcal{a/h}}$), orthotropy of material, number of plies (${\mathcal{N}}$), fiber orientation angle (${\theta}$), and stacking sequence.
Niroumand, Hamed;Mehrizi, Mohammad Emad Mahmoudi;Saaly, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-39
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2016
The finite element method (FEM), discrete element method (DEM), and Discontinuous deformation analysis (DDA) are among the standard numerical techniques applied in computational geo-mechanics. However, in some cases there no possibility for modelling by traditional finite analytical techniques or other mesh-based techniques. The solution presented in the current study as a completely Lagrangian and mesh-free technique is smoothed particle hydrodynamics (SPH). This method was basically applied for simulation of fluid flow by dividing the fluid into several particles. However, several researchers attempted to simulate soil-water interaction, landslides, and failure of soil by SPH method. In fact, this method is able to deal with behavior and interaction of different states of materials (liquid and solid) and multiphase soil models and their large deformations. Soil indicates different behaviors when interacting with water, structure, instrumentations, or different layers. Thus, study into these interactions using the mesh based grids has been facilitated by mesh-less SPH technique in this work. It has been revealed that the fast development, computational sophistication, and emerge of mesh-less particle modeling techniques offer solutions for problems which are not modeled by the traditional mesh-based techniques. Also it has been found that the smoothed particle hydrodynamic provides advanced techniques for simulation of soil materials as compared to the current traditional numerical methods. Besides, findings indicate that the advantages of applying this method are its high power, simplicity of concept, relative simplicity in combination of modern physics, and particularly its potential in study of large deformations and failures.
In this study, a series of three-dimensional numerical analyses were carried out to investigate the penetration performance of a dynamically installed Hall anchor. The advanced coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) technique was adopted to accurately simulate the large soil deformation during the vertical penetration of a Hall anchor. In total, 52 numerical analyses were conducted to investigate the relationship between anchor penetration depth and the initial kinematic energy. Moreover, a sensitivity analysis was performed to investigate the effects of soil shear strength and soil type on the penetration mechanism of a drop anchor under self-weight. There is a monotonic increase in the penetration depth with an increasing anchor weight when the topsoil of the riverbed is not subjected to erosion. On the other hand, all the computed depths significantly increase when soil erosion is taken into consideration. This is mainly due to an enhanced initial kinematic energy from an increased dropping depth. Both depths increase exponentially with the initial kinematic energy. An enhanced shear strength can potentially increase the side resistance and end-bearing pressure around a drop anchor, thus significantly reducing the downward penetration of a hall anchor. Design charts are developed to directly estimate penetration depth and associated plastic zone due to dynamically installed anchor at arbitrary soil shear strength and anchor kinematic energy.
Antonio Viana da Fonseca;Fausto Molina-Gomez;Cristiana Ferreira;Julieth Quintero
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.3
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pp.317-328
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2023
The soil behaviour can be represented by numerical modelling of element testing using diverse constitutive models. However, not all constitutive models allow the simulation of the stress-strain response at the critical state in granular soils with both contractive and dilative behaviour. Moreover, the accuracy of these models depends highly on the quality of the experimental data used for their calibration. This study addresses the modelling of the critical state behaviour of an alluvial natural soil from the Lower Tagus Valley (south of Portugal), known as TP-Lisbon sand, using the NorSand constitutive law. For this purpose, a series of numerical simulations of element testing was carried out using two algorithms performed in Visual Basic (VB) and Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC). Moreover, this study presents the characterisation of of NorSand parameters from an accurate experimental programme based on triaxial and bender element testing. This experimental program allowed defining: (i) the critical state locus, (ii) the stress-dilatancy, and (iii) the soil elasticity of TP-Lisbon sand -all fundamental to calibrate the contractive and dilative behaviour of such alluvial soil. The results revealed a good agreement between experimental data and NorSand simulations using VB and FLAC. Therefore, this study showed that the quality of laboratory testing procedures and its good interpretation enables NorSand constitutive law to capture representatively the non-associated plastic strains, often expressed by the state parameter, allowing a representation of soil behaviour of alluvial soils within the critical state soil mechanics framework for different state parameters.
The CFETR multipurpose overload robot (CMOR) is a critical component of the fusion reactor remote handling system. To accurately calculate and visualize the structural deformation and stress characteristics of the CMOR motion process, this paper first establishes a CMOR kinematic model to analyze the unfolding and working process in the vacuum chamber. Then, the dynamic model of CMOR is established using the Lagrangian method, and the rigid-flexible coupling modeling of CMOR links and joints is achieved using the finite element method and the linear spring damping equivalent model. The co-simulation results of the CMOR rigid-flexible coupled model show that when the end load is 2000 kg, the extreme value of the end-effector position error is more than 0.12 m, and the maximum stress value is 1.85 × 108 Pa. To utilize the stress-strain data of CMOR, this paper designs a CMOR morphology prediction control system based on Unity software. Implanting CMOR finite element analysis data into the Unity environment, researchers can monitor the stress strain generated by different motion trajectories of the CMOR robotic arm in the control system. It provides a platform for subsequent research on CMOR error compensation and extreme operation warnings.
Shin, Sung-Kyun;Noh, Youngmin;Lee, Kwonho;Shin, Dongho;Kim, KwanChul;Kim, Young J.
Korean Journal of Remote Sensing
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v.30
no.2
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pp.241-249
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2014
The continuous observations for atmospheric aerosol were carried out during 3 years (2009-2011) by using a multi-wavelength Raman lidar at the Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Korea ($35.11^{\circ}N$, $126.54^{\circ}E$). The particle depolarization ratios were retrieved from the observations in order to distinguish the Asian dust layer. The vertical information of Asian dust layers were used as input parameter for the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model for analysis of its backward trajectories. The source regions and transport pathways of the Asian dust layer were identified. The most frequent source region of Asian dust in Korea was Gobi desert during observation period in this study. The statistical analysis on the particle depolarization ratio of Asian dust was conducted according to their transport route in order to retrieve the variation of optical properties of Asian dust during long-range transport. The transport routes were classified into the Asian dust which was transported to observation site directly from the source regions, and the Asian dust which was passed over pollution regions of China. The particle depolarization ratios of Asian dust which were transported via industrial regions of China was ranged 0.07-0.1, whereas, the particle depolarization ratio of Asian dust which was transported directly from the source regions to observation site were comparably higher and ranged 0.11-0.15. It is considered that the pure Asian dust particle from source regions were mixed with pollution particles, which is likely to spherical particle, during transportation so that the values of particle depolarization of Asian dust mixed with pollution was decreased.
The existence of different thermodynamic properties results in various undesirable effects, such as thermal deformation and residual stress, in heat-welding processes. The solid-state junction, by using explosive or electromagnetic forces, i.e., high-velocity impact welding without employing heat is advantageous in joining materials with different thermodynamic properties. In the solid-state junction, the joining is performed within a short time, a high velocity and large deformations are accompanied by interfacial surfaces. The numerical analysis models play an important role in the understanding of the mechanism of high-velocity impact welding. However, in the analysis of high velocity and large deformations, the conventional Lagrangian method has low reliability due to the occurrence of entanglements. In this study, high-velocity impact welding between Cu and CP-Ti with different thermodynamic properties was performed using a un-gridded numerical method, SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), and interfacial morphology occurred. As a result of the analysis, the interfacial morphology was confirmed and the compared degree of shape (straight, vortex), period, length, and so on appeared differently depending on the relationship between the parameters (impact angle and speed).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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