In the current research, the nonlinear free vibrations of curved pipes made of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) materials are investigated. It is assumed that the FG-CNTRC curved pipe is supported on a three-parameter nonlinear elastic foundation and is subjected to a uniform temperature rise. Properties of the curved nanocomposite pipe are distributed across the radius of the pipe and are given by means of a refined rule of mixtures approach. It is also assumed that all thermomechanical properties of the nanocomposite pipe are temperature-dependent. The governing equations of the curved pipe are obtained using a higher order shear deformation theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the pipe. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large deflection in the curved nanocomposite pipe. For the case of nanocomposite curved pipes which are simply supported in flexure and axially immovable, the motion equations are solved using the two-step perturbation technique. The closed-form expressions are provided to obtain the small- and large-amplitude frequencies of FG-CNTRC curved pipes rested on a nonlinear elastic foundation in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of CNT distribution pattern, the CNT volume fraction, thermal environment, nonlinear foundation stiffness, and geometrical parameters on the fundamental linear and nonlinear frequencies of the curved nanocomposite pipe.
Sherafat, Mohammad H.;Ghannadpour, Seyyed Amir M.;Ovesy, Hamid R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.5
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pp.677-691
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2013
A semi-analytical finite strip method is developed for analyzing the post-buckling behavior of rectangular composite laminated plates of arbitrary lay-up subjected to progressive end-shortening in their plane and to normal pressure loading. In this method, all the displacements are postulated by the appropriate harmonic shape functions in the longitudinal direction and polynomial interpolation functions in the transverse direction. Thin or thick plates are assumed and correspondingly the Classical Plate Theory (CPT) or Higher Order Plate Theory (HOPT) is applied. The in-plane transverse deflection is allowed at the loaded ends of the plate, whilst the same deflection at the unloaded edges is either allowed to occur or completely restrained. Geometric non-linearity is introduced in the strain-displacement equations in the manner of the von-Karman assumptions. The formulations of the finite strip methods are based on the concept of the principle of the minimum potential energy. The Newton-Raphson method is used to solve the non-linear equilibrium equations. A number of applications involving isotropic plates, symmetric and unsymmetric cross-ply laminates are described to investigate the through-thickness shearing effects as well as the effect of pressure loading, end-shortening and boundary conditions. The study of the results has revealed that the response of the composite laminated plates is particularly influenced by the application of the Higher Order Plate Theory (HOPT) and normal pressure loading. In the relatively thick plates, the HOPT results have more accuracy than CPT.
Ahn, C.B.;Moon, K.C.;Jeong, G.S.;Nam, K.W.;Lee, J.J.;Sun, K.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.28
no.2
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pp.310-315
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2007
The axial-flow type blood pump(XVAD) which has been developed in our group consists of mechanical parts (an impeller, a diffuser and a flow straightener) and electrical parts (a motor and a magnetic bearing). The magnetic bearing system fully levitates the impeller to remove mechanical coupling with other parts of the pump with constant gap, which needs non-contact type gap sensing. Conventional gap sensors are too large to be adopted to the implantable axial -flow type blood pump. Thus, in this paper, the compact eddy current type gap sensor system proper for the implantable axial-flow type blood pump was developed and its performance was evaluated in vitro. The developed eddy current type gap sensor system is a transformer type and has a differential probe. Sensor coil(probe) has small dimensions(6 mm diameter, 2 mm thickness) and its optimal inductance was determined as 0.068 mH for the measurement range of $0\sim3mm$. It could be manufactured with 130 turns of the 0.04 mm diameter copper coil. The characteristics of the developed eddy current type gap sensor system was evaluated by in vitro experiment. At experiment, it showed satis(actory performance to apply to the magnetic bearing system of the XVAD. It could measure the gap up to 3mm, but the linearity was decreased at the range of $1.8\sim3.0mm$. Moreover, it showed no difference in different media such as the water and the blood at the temperature range of $35\sim40^{\circ}C$.
The multiphase flow analysis related to phase change can be adapted to lots of areas such as evaporation and condensation has many interesting branches due to complicated phenomenon. In this study, the experimental investigation of cryogenic liquid in the porous media with various densities was shown how the cryogenic liquid behaves in the porous structure. For this study, permeability behaviors under different applying pressure of the glass wool with different bulk densities are discussed. Experimental investigation on the behavior of cryogenic liquefied nitrogen in the porous media is conducted. The result was that the non linearity of pressure gradient with location is increased and the permeability is decreased as the bulk density of glass wool increased. Lastly, simulation results with CFD commercial package program are used to realize the cryogenic liquid's flow in porous media to compare the finding with experimental results.
Many fire-fighters suffer from the burn injuries, and the severe burns are the most catastrophic injury a person can survive, resulting in pain, emotional stress, and tremendous economic costs. It is important to understand the physiology of burns for prevention from skin burns and a successful treatment of a burn patient. But a few researches have been presented because the complex physical phenomena of our inside body like non-linearity characteristics of human skin make them difficult. Thus in this study, thermal analyses of biological tissues exposed to a flash fire causing severe tissue damage were studied by using a finite difference method based on the Pennes bio-heat equation. The several previous models for skin thermo-physical properties were summarized, and the calculated values with those models of tissue injury were compared with the results obtained by the previous experiment for low heat flux conditions. The skin models with good agreement could be found. Also, the skin burn injury prediction results with the best model for high heat flux conditions by flash flame were suggested.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.12
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pp.1031-1038
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2017
In order to improve the performance of the air breathing engines, it is important to maximize the total pressure recovery through air intake. In this study, we investigated whether the Oswatitsch method, which guarantees the maximum pressure recovery for supersonic intake, is effective at hypersonic speed by compressing the intake air with the same intensity at each ramp. The non-linearity of the shock wave normal Mach number at each ramp stage was analyzed by comparing the compression ramp angle and the number of ramp to the inflow Mach number in terms of compressible thermodynamics and the operation limits of the inlet. Based on this analysis, the Oswaitisch technique yields valid conditions not only in supersonic but also hypersonic flight regime.
The iron is an element having a high yield strength, mechanical hardness, good electrical conductivity, and also it has been used in various fields because of ease machining. In bridges have been used tendon made of a steel wire for large loads and light weight. Tension measurement of tendon employed in PreStressed Concrete (PSC) bridge is very important for the bridge safety check. NDT (Non-Destructive Testing) is essential for the safety check, however, magnetic NDT is difficult to apply due to the non-linear magnetization curve and hysteresis loop in the magnetic properties. In this work, for basic study of magnetic NDT application, we have constructed a B-H loop measuring system for 7-strand tendon of which diameter is 15.5 mm, and which can apply tensile stress up to 2.0 GPa. We have measured hysteresis loops of two kinds of tendons under different tensile stress. Amplitude permeability and maximum magnetic induction near knee show the most sensitive and high linearity depends on tensile stress. Relative amplitude permeability was decreased from 500 to 200 and maximum magnetic flux density changed 0.6 T.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.5
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pp.437-444
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2020
This study was focused on the stabilization of surge motions of a moored vessel under irregular head seas. A two-point moored vessel shows strong non-linearity even in regular sea, owing to its inherent non-linear restoring force. A long-crested irregular wave is subjected to the vessel system, resulting in more complex nonlinear behavior of the displacement and velocities than in the case of regular waves. Sliding mode control (SMC) is implemented in the moored vessel to control both surge displacement and surge velocity. The SMC can provide a closed-loop system with performance and robustness against parameter uncertainties and disturbances; however, chattering is the main drawback for implementing SMC. The goal of minimizing the chattering and state convergence with accuracy is achieved using a quasi-sliding mode that approximates the discontinuous function via a continuous sigmoid function. Numerical simulations were conducted to validate the effectiveness of the proposed control algorithm.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.125-133
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2008
According to longer and longer span, dynamic instability of stay cable should be prevented. Dynamic instability occurs mainly symmetric 1st mode and antisymmetric 1st mode in stay cable. Especially symmetric 1st mode has a lot of influence on sag. Therefore fundamental frequency of stay cable is different from that of taut sting. Irvine, Triantafyllou, Ahn etc. analyzed dynamic behavior of taut cable with sag through analytical technical and their researches give important results for large bounds of Irvine parameter. But each research shows mutually different values out of characteristic (cross-over or mode-coupled) point and each solution of frequency equations of all researchers can be very difficultly found because of their very high non-linearity. Presented study focuses on fundamental frequency of stay cable. Generalized mechanical energy with symmetric 1st mode vibration shape satisfied boundary conditions is evolved by Rayleigh-Ritz method. It is possible to give linear analytic solution within characteristic point. Error by this approach shows only below 3% at characteristic point against existing researches. And taut cable don't exceed characteristic point. I.e. high accuracy, easy solving techniques, and a little bit limitations. Therefore presented study can be announced that it is good study ergonomically.
To evaluate the flexural deformation and strength of composite motor case above the glass transition temperature$(T_g),\;170^{\circ}C$, of resin material, a finite element analysis(FEA) model in which material non-linearity and progressive failure mode were considered was proposed. The laminated flexural specimens which have the same lay-up and thickness as the composite motor case were tested by 4-point bending test to verify the validity of FEA model. Also. mechanical properties in high temperature were evaluated to obtain the input values for FEA. Because the material properties related to resin material were highly deteriorated in the temperature range beyond $T_g$, the flexural stiffness and strength of laminated flexural specimen in $200^{\circ}C$ were degraded by also $70\%\;and\;80\%$ in comparison with normal temperature results. Above $T_g$, the failure mode was changed from progressive failure mode initiated by matrix cracking at $90^{\circ}$ ply in bottom side and terminated by delamination at the center line of specimen to fiber compressive breakage mode at top side. From stress analysis, the progressive failure mechanism was well verified and the predicted bending stiffness and strength showed a good agreement with the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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