In this study, the dynamic interaction between an Arctic Spar and drifting level ice is examined in time domain using the newly developed ice-hull-mooring coupled dynamics program. The in-house program, CHARM3D, which is the hull-riser-mooring coupled dynamic simulator is extended by coupling with the open-source discrete element method (DEM) simulator, LIGGGHTS. In the LIGGGHTS module, the parallel-bonding method is implemented to model the level ice using an assembly of multiple bonded spherical particles. As a case study, a spread-moored Artic Spar platform, whose hull surface near waterline is the inverted conical shape, is chosen. To determine the breaking-related DEM parameter (the critical bonding strength), the four-point numerical bending test is used. A series of numerical simulations is systematically performed under the various ice conditions including ice drift velocity, flexural strength, and thickness. Then, the effects of these parameters on the ice force, platform motions, and mooring tensions are discussed. The simulations reveal various features of dynamic interactions between the drifting ice and moored platform for various ice conditions including the novel synchronous resonance at low ice speed. The newly developed simulator is promising and can repeatedly be used for the future design and analysis including ice-floater-mooring coupled dynamics.
Recently, non-destructive health monitoring methods such as magnetic flux leakage (MFL) method, have become popular due to their advantages over destructive methods. Currently, numerical study on this field has been limited to simplified studies by only obtaining MFL instead of induced voltage inside coil sensor. In this study, it was proposed to perform a novel numerical simulation of MFL's coil sensor by considering vital parameters including specimen's motion with constant velocity and saturation status of specimen in time domain. A steel-rod specimen with two stepwise cross-sectional changes (i.e., 21% and 16%) was fabricated using low carbon steel. In order to evaluate the results of numerical simulation, an experimental test was also conducted using a magnetic probe, with same size specimen and test parameters, exclusively. According to comparative results of numerical simulation and experimental test, similar signal amplitude and signal pattern were observed. Thus, proposed numerical simulation method can be used as a reliable source to check efficiency of sensor probe when different size specimens with different defects should be inspected.
The flow around a high-speed train with three underbody structures in the bogie area is numerically investigated using the improved delayed detached eddy simulation method. The vortex structure, pressure distribution, flow field structure, and unsteady velocity of the wake are analyzed by vortex identification criteria Q, frequency spectral analysis, empirical mode decomposition (EMD), and Hilbert spectral analysis. The results show that the structures of the bogie and its installation cabin reduce the momentum of fluid near the tail car, thus it is easy to induce flow separation and make the fluid no longer adhere to the side surface of the train, then forming vortices. Under the action of the vortices on the side of the tail car, the wake vortices have a trend of spanwise motion. But the deflector structure can prevent the separation on the side of the tail car. Besides, the bogie fairings do not affect the formation process and mechanism of the wake vortices, but the fairings prevent the low-speed fluid in the bogie installation cabin from flowing to the side of the train and reduce the number of the vortices in the wake region.
Visco-Plastic Damper (VPD) as a passive energy dissipation device with dual behavior has been recently numerically studied. It consists of two bent steel plates and segments with a viscoelastic solid material in between, combining and improving characteristics of both displacement-dependent and velocity-dependent devices. In order to trust the performance of VPD, for the 1st time this paper experimentally investigates prototype damper behavior under a wide range of frequency and amplitude of dynamic loading. A high-axial damping rubber is innovatively proposed as the viscoelastic layer designed to withstand large axial strains and dissipate energy accordingly. Test results confirmed all assumptions about VPD. The behavior of VPD subjected to low levels of excitation is elastic while with increasing levels of excitation, a significant source of energy dissipation is provided through the yielding of the steel elements in addition to the viscoelastic energy dissipation. The results showed energy dissipation of 99.35 kN.m under a dynamic displacement with 14.095 mm amplitude and 0.333 Hz frequency. Lateral displacement at the middle of the device was created with an amplification factor obtained ranging from 2.108 to 3.242 in the rubber block. Therefore, the energy dissipation of viscoelastic material of VPD was calculated 18.6 times that of the ordinary viscoelastic damper.
Hydrogen is a clean fuel and is used in many applications in power systems such as fuel cells. It has unique properties such as wide flammability, high burning velocity, and difficulty to liquefy, which lead to critical safety issues. Fire and explosion are the most frequently occurring accidents and one of the major reasons is autoignition. In the ignition process, the chemistry of hydrogen combustion depends mainly on radical pools, and the temperature at which chain-branching and terminating rates are equal is called the crossover temperature. This study addresses the homogeneous autoignition of diluted hydrogen-air mixtures to investigate the effects of dilution on the crossover temperature to prevent explosions in the future. The new criterion for crossover temperature is introduced by only hydrogen radicals to adjust more simply. The detailed calculations indicate that the crossover temperatures are low at high dilutions of carbon dioxide and nitrogen because the concentrations of active radicals are reduced when an inert gas is added. This result is expected to contribute to hydrogen safety and realize a hydrogen society in the future.
Kim, Jiyeon;Song, Moogeun;Kim, Jaehoon;Lee, Dongik
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.17
no.4
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pp.239-247
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2022
The existing studies on the localization in the GNSS (Global Navigation Satellite System) denied environment usually exploit low-cost MEMS IMU (Micro Electro Mechanical Systems Inertial Measurement Unit) sensors to replace the GNSS signals. However, the navigation system still requires GNSS signals for the normal environment. This paper presents an integrated GNSS/INS (Inertial Navigation System) navigation system which combines GNSS and multiple IMU sensors using extended Kalman filter in partially GNSS-denied environments. The position and velocity of the INS and GNSS are used as the inputs to the integrated navigation system. The Mahalanobis distance is used for novelty detection to detect the outlier of GNSS measurements. When the abnormality is detected in GNSS signals, GNSS data is excluded from the fusion process. The performance of the proposed method is evaluated using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the proposed algorithm can achieve a higher degree of positioning accuracy in the partially GNSS-denied environment.
In this study, the flexural behaviors of one- and two-way reinforced concrete (RC) slabs strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) strips under impact loads were investigated. The flexural strengthening of RC slabs under simulated static monotonic loads has been comprehensively studied. However, the flexural behavior of RC slabs strengthened with CFRP strips has not been investigated extensively, particularly those conducted numerically. Nonlinear three-dimensional finite element models were developed, executed, and verified against previous experimental results, producing satisfactory models with approximately 4% error. The models were extended to a parametric study, considering three geometric parameters: the slab rectangularity ratio, CFRP strip width, and CFRP strip configuration. Finally, the main results were used to derive a new formula for predicting the total deflection of RC slabs strengthened with CFRP strips under impact loads with an error of approximately 10%. The proposed equation reflected the slab rectangularity, CFRP strip width, equivalent slab stiffness, and dropped weight. Results indicated that the use of CFRP strips enhanced the overall impact performance, the wider the CFRP width, the better the enhancement. Moreover, the application of diagonally oriented CFRP strips diminished the cracking zone compared to straight strips. Additionally, the diagonal orientation of CFRP strips was more efficient for two-way slabs while the vertical orientation was found to be better in the case of one-way slabs.
Ahmad B.H. Kueh;Juin-Hwee Tan;Shukur Abu Hassan;Mat Uzir Wahit
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.6
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pp.755-764
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2023
The article examines the impact response of the sandwich beam furnished by a novel bilayer core as inspired by the woodpecker's head architecture under different repeatedly exerted low-velocity impact loadings by employing the finite element package, ABAQUS. The sandwich beam forms four essential parts comprising bottom and top carbon fiber reinforced polymer laminates encasing bilayer core made of laterally arched solid hot melt adhesive material and aluminum honeycomb. Impact loadings are implemented repeatedly with a steel hemisphere impactor for various impact energies, 7.28 J, 9.74 J, and 12.63 J. Essentially, the commonly concentrated stresses at the impact region are regulated away by the arched core in all considered cases thus reducing the threat of failure. The sandwich beam can resist up to 5 continual impacts at 7.28 J and 9.74 J but only up to 3 times repeated loads at 12.63 J before visible failure is noticed. In the examination of several key impact performance indicators under numerous loading cases, the proposed beam demonstrates favorably up to 1.3-11.2 higher impact resistance efficacies compared to existing designs, therefore displaying an improvement in repeated impact resistance of the new design.
Chao-bin Wang;Hui Wang;Jun-shuang Zhao;Ze-jun Wu;Hao-dong Liu;Chao-jia Wang;An-rong Li;Dawei Wang;Juntao Hu
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.66
no.5
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pp.598-604
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2023
Penetrating head injury is a serious open cranial injury. In civilians, it is often caused by non-missile, low velocity flying objects that penetrate the skull through a weak cranial structure, forming intracranial foreign bodies. The intracranial foreign body can be displaced due to its special quality, shape, and location. In this paper, we report a rare case of right-to-left displacement of an airgun lead bullet after transorbital entry into the skull complicated by posttraumatic epilepsy, as a reminder to colleagues that intracranial metal foreign bodies maybe displaced intraoperatively. In addition, we have found that the presence of intracranial metallic foreign bodies may be a factor for the posttraumatic epilepsy, and their timely removal appears to be beneficial for epilepsy control.
Recently, the demand has increased for protective clothing materials capable of shielding the wearer from bullets, fragment bullets, knives, and swords. It is therefore necessary to develop light and soft protective clothing materials with excellent wearability and mobility. To this end, research is being conducted on hybrid design methods for various highly functional materials, such as carbon nanotube (CNT) sheets, which are well known for their low weight and excellent strength. In this study, a hybrid protective material using CNT sheets was developed and its performance was evaluated. The material design incorporated a bonding method that used a binder for interlayer combination between the CNT sheets. Four types of binders were selected according to their characteristics and impregnated within CNT sheets, followed by further combination with aramid fabric to produce the hybrid protective material. After applying the binder, the tensile strength increased significantly, especially with the phenoxy binder, which has rigid characteristics. However, as the molecular weight of the phenoxy binder increased, the adhesive force and strength decreased. On the other hand, when a 25% lightweight-design and high-molecular-weight phenoxy binder were applied, the backface signature (BFS) decreased by 6.2 mm. When the CNT sheet was placed in the middle of the aramid fabric, the BFS was the lowest. In a stab resistance test, the penetration depth was the largest when the CNT sheet was in the middle layer. As the binder was applied, the stab resistance improvement against the P1 blade was most effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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