This paper describes a numerical investigation on the performance deteriorations of a low speed, single-stage axial turbine due to use of rough blades. Numerical calculations have been carried out with a commercial CFD code, CFX-Tascflow, by using a modified wall function to implement rough surfaces on the stator vane and rotor blade. To assess the stage performance variations corresponding to 5 equivalent sand-grain roughness heights from a transition ally rough regime to a fully rough regime, stage work coefficient and total to static efficiency were chosen. Numerical results showed that both work coefficient and stage efficiency reduced as roughness height increased. Higher surface roughness induced higher blade loading both on the stator and rotor which in turn resulted in higher deviation angles and corresponding work coefficient reductions. Although, deviation angle changes were small, a simple sensitivity analysis suggested that their contributions on work coefficient reductions were substantial. Higher profile loss coefficients were predicted by higher roughness heights, especially on the suction surface of the stator and rotor. Furthermore sensitivity analysis similar to the above, suggested that additional profile loss generations due to roughness were accountable for efficiency reductions.
Strauss, Alfred;Wendner, Roman;Frangopol, Dan M.;Bergmeister, Konrad
Smart Structures and Systems
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v.9
no.1
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pp.1-20
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2012
In bridge engineering, maintenance strategies and thus budgetary demands are highly influenced by construction type and quality of design. Nowadays bridge owners and planners tend to include life-cycle cost analyses in their decision processes regarding the overall design trying to optimize structural reliability and durability within financial constraints. Smart permanent and short term monitoring can reduce the associated risk of new design concepts by observing the performance of structural components during prescribed time periods. The objectives of this paper are the discussion and analysis of influence line or influence field approaches in terms of (a) an efficient incorporation of monitoring information in the structural performance assessment, (b) an efficient characterization of performance indicators for the assessment of structures, (c) the ability of optimizing the positions of sensors of a monitoring system, and (d) the ability of checking the robustness of the monitoring systems applied to a structure. The proposed influence line- model correction approach has been applied to an integrative monitoring system that has been installed for the performance assessment of an existing three-span jointless bridge.
Various Pushover analysis methodologies have evolved as an easy as well as designers-friendly alternative of nonlinear dynamic analysis for estimation of the inelastic demands of structures under seismic loading for performance based design. In fact, the established nonlinear dynamic analysis to assess the same, demands considerable analytical and computational background and rigor as well as intuitive insight into inelastic behavior for judging suitability of the results and its interpretation and hence may not be used in design office for frequent practice. In this context, the simple and viable alternative of Pushover analysis methodologies can be accepted if its efficacy is thoroughly judged over all possible varieties of the problems. Though this burning issue has invited some research efforts in this direction, still a complete picture evolving very clear guidelines for use of these alternate methodologies require much more detailed studies, providing idea about how the accuracy is influenced due to various combinations of basic parameters regulating inelastic dynamic response of the structures. The limited study presented in the paper aims to achieve this end to the extent possible. The study intends to identify the range of applicability of the technique and compares the efficacy of various alternative Pushover analysis schemes to general class of problems. Thus, the paper may prove useful in judicial use of Pushover analysis methodologies for performance based design with reasonable accuracy and relative ease.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.23-30
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2003
The seismic base isolation design approach has been reviewed and modified to fit the nonlinear static analysis procedure for determination of the performance point of structures in a simpler way, such an adaptation may be possible for the fact that a structural system under development of damage due to earthquake loading keeps softening to result in period shifting toward longer side. The superiority of the proposed method to the state-of-the-practice approach is that the reasonably accurate performance point can be obtained without constructing the so-called acceleration displacement response spectrum required in application of capacity spectrum method. The validity of the proposed approach was verified by comparing the predicted values to the exact ones presented in the literature.
For the vibration control of residential buildings, a multiple type slim damper system is developed and dynamic performance test is performed in this study. In conventional damping systems, larger installation space is required in order to achieve acceptable seismic performance, and as a result, it is difficult to determine efficient damping capacity of the device. The proposed damping device is composed of several small slim type dampers and linkage units. It can control damping capacity easily by changing the number of the small damper. To evaluate the proposed damping device, three slim type dampers (single-type, triple-type and penta-type) are designed and manufactured in real scale. Dynamic loading tests are performed by using the three manufactured dampers. From the tests, it is shown that damping coefficient is proportional to the number of the damper combined. Thus, test results validates the practicality of the proposed slim type dampers. applying nonlinear curve fitting technique, numerical model of the dampers are developed and presented.
In the design of reinforced concrete structural walls, in order to ensure adequate inelastic displacement behaviour and to sustain deformation demands imposed by strong ground motions, special reinforcement is considered while designing. However, these would lead to severe reinforcement congestion and difficulties during construction. Addition of randomly distributed discrete fibres in concrete improves the flexural behaviour of structural elements because of its enhanced tensile properties and this leads to reduction in congestion. This paper deals with effect of addition of steel fibres on the behavior of high performance fibre reinforced cement concrete (HPFRCC) slender structural walls with the different volume fractions of steel fibres. The specimens were subjected to quasi static lateral reverse cyclic loading until failure. The high performance concrete (HPC) used was obtained based on the guidelines given in ACI 211.1 which was further modified by prof.Aitcin (1998). The volume fraction of the fibres used in this study varied from 0 to 1% with an increment of 0.5%. The results were analysed critically and appraised. The study indicates that the addition of steel fibres in the HPC structural walls enhances the first crack load, strength, initial stiffness and energy dissipation capacity.
Al-Osta, Mohammed A.;Khan, Muhammad I.;Bahraq, Ashraf A.;Xu, Shi-Yu
Earthquakes and Structures
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v.19
no.5
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pp.361-377
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2020
In the present research work, the effectiveness and the efficiency of a retrofitting approach using a layer of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) jacket for damaged substandard exterior beam-column joints (BCJs) is experimentally investigated. The main objective of this study is to rehabilitate the already damaged BCJs to meet the serviceability requirements without compromising safety. According to the proposed strengthening technique, a chipped surface, lightly brushed with a dry condition was selected for making a successful bond between normal concrete substrate surface (NCSS) and UHPFRC. Then a fresh UHPFRC jacket with a thickness of 30 mm was cast around the damaged specimens. The entire test matrix was comprised of three 1/3 scale damaged exterior BCJs with a different column axial load (CAL). These specimens were repaired with UHPFRC and retested under monotonic loading. Based on the experimental results, repaired specimens showed an excellent performance in terms of their load-displacement response, maximum strength, displacement ductility, initial stiffness, secant stiffness and energy dissipation capacity when compared with the corresponding values registered when these specimens were tested in their virgin state. This rehabilitative intervention not only restored the strength, stiffness, ductility and energy dissipation capacity of severely damaged specimens but also improved their performance.
The seismic performance of steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints is investigated and reported within this paper. Experimental and analytical evaluation were conducted on a total of 8 specimens with T-shaped and L-shaped steel section under lateral cyclic loading and axial compression. The test parameters included concrete strength, stirrup ratio and axial compression ratio. The response of the specimens was presented in terms of their hysterisis loop behavior, stress distribution, joint shear strength, and performance degradation. The experiment indicated good structural behavior and good seismic performance. In addition, a three-dimensional nonlinear finite-element analysis simulating was conducted to simulate their seismic behaviors. The finite-element analysis incorporated both bond-slip relationship and crack interface interaction between steel and concrete. The results were also compared with the test data, and the analytical prediction of joint shear strength was satisfactory for both joints with T-shaped and L-shaped steel section columns. The steel beam to concrete-encased composite column with unsymmetrical steel section joints can develop stable hysteretic response and large energy absorption capacity by providing enough stirrups and decreased spacing of transverse ties in column.
Park, Tae Choon;Kang, Young-Seok;Hwang, Oh-Sik;Song, Ji-Han;Lim, Byeung Jun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.15
no.6
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pp.77-84
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2012
The aerodynamic performance of a single-stage transonic axial compressor was experimentally evaluated by measuring pressure and temperature distribution at the inlet and outlet of the compressor. The compressor was developed by Korea Aerospace Research Institute through multidisciplinary design optimization (MDO) method, especially integrating aerodynamic performance and structural stability. The test results show that the pressure ratio is 1.65 and the efficiency is 85.8 % at design point, where the corrected speed is 22,000 rpm and the corrected mass flow rate is 15.4 kg/s, and it has a good agreement with the design target and computational results. The distribution of pressure ratio is very steep at design speed, compared with the trend of other subsonic compressors. Also the static pressure distribution on the stator casing shows that the blade loading is gradually increasing through the stage as designed.
We studied the performance of CdSe nanoparticle in the active layer of organic photovoltaics (OPVs) by changing concentration of the CdSe NPs in the P3HT:PCBM layer. We observed that the absorption peak value gradually increases with the increasing amount of CdSe NPs at 600nm wave length. However, the electrical properties of OPVs correspond less with the tendency of UV/visible result. The highest performance was shown with 10% of CdSe NPs. The device performance decreased after 10% of CdSe NPs, this shows the dependencies of performanc of hybrid solar cells on the CdSe NPs loading amount. The resulting OPVs with 10 % of CdSe NPs show a short circuit current density ($J_{sc}$) of $6.96mA/cm^2$, open circuit voltage ($V_{oc}$) of 0.61V, fill factor (FF) of 0.59, and power conversion efficiency (PCE) of 2.53% under AM 1.5 ($100mW/cm^2$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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