In the present study, a hyperelastic constitutive model is built by complying with a simplified hyperelastic strain energy function, which yields the numerical solution for a deformed polydimethylsiloxane (PDMS) membrane in the case of axisymmetric hydraulic pressure. Moreover, a nonlinear equilibrium model is deduced to accurately express the deformation of the membrane, laying a basis for precise analysis of the optical transfer function. Comparison to experimental and simulated data suggests that the model is capable of accurately characterizing the deformation behavior of the membrane. Furthermore, the stretch ratio derived from the model applies to the geometrical optimization of the deformed membrane.
Kim, Yusik;Choi, Jihyeok;Choi, Yongjun;Lee, Sangho
Membrane and Water Treatment
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v.13
no.1
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pp.51-62
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2022
Vacuum-assisted air gap membrane distillation (V-AGMD) has the potential to achieve higher flux and productivity than conventional air gap membrane distillation (AGMD). Nevertheless, there is not much information on technical aspects of V-AGMD operation. Accordingly, this study aims to analyze the effect of membrane deformation on flux in V-AGMD operation. Experiments were carried out using a bench-scale V-AGMD system. Statistical models were applied to understand the flux behaviors. Statistical models based on MLR, GNN, and MLFNN techniques were developed to describe the experimental data. Results showed that the flux increased by up to 4 times with the application of vacuum in V-AGMD compared with conventional AGMD. The flux in both AGMD and V-AGMD is affected by the difference between the air gap pressure and the saturation pressure of water vapor, but their dependences were different. In V-AGMD, the membranes were found to be deformed due to the vacuum pressure because they were not fully supported by the spacer. As a result, the deformation reduced the effective air gap width. Nevertheless, the rejection and LEP were not changed even if the deformation occurred. The flux behaviors in V-AGMD were successfully interpreted by the GNN and MLFNN models. According to the model calculations, the relative impact of the membrane deformation ranges from 10.3% to 16.1%.
Membrane penetration is the most important factor influencing the measurement of volume change for triaxial consolidated-drained shear test for coarse-grained soil. The effective pressure p, average particle size $d_{50}$, thickness $t_m$ and elastic modulus $E_m$ of membrane, contact area between membrane and soil $A_m$ as well as the initial void ratio e are the major factors influencing membrane penetration. According to the membrane deformation model given by Kramer and Sivaneswaran, an analytical solution of the membrane penetration considering the initial void ratio is deduced using the energy conservation law. The basic equations from theory of plates and shells and the elastic mechanics are employed during the derivation. To verify the presented solution, isotropic consolidation tests of a coarse-grained soil are performed by using the method of embedding different diameter of iron rods in the triaxial samples, and volume changes due to membrane penetration are obtained. The predictions from presented solution and previous analytical solutions are compared with the test results. It is found that the prediction from presented analytical solution agrees well with the test results.
Kim Chung Kyun;Lee Young-Suk;Cha Baeg-Soon;Oh Byoung-Taek;Yoon In Soo;Hong Seong Ho
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.3
no.3
s.8
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pp.58-64
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1999
This paper has been analyzed for the stress behavior problems of the ring knot membrane unit using the finite element method about the pitch design of the membrane unit, which is one of the most important parameters in manufacturing of the membrane type LNG storage tanks. The FEM results have been compared those of the existing pitch design length. The safety problem of the ring knot membrane model, which is considered in this study, does not come out any more no matter what the pitch length is used in the extra large LNG storage tanks. But in the case of the membrane for LNG tankers, it is advantageous to design the pitch short because of fatigue strength caused by repeated loadings. Looking at the deformation behaviors of the membrane corrugation, the deformation of the hight in the y direction occurs $15{\~}50\%$ more than that of the width in the z direction. It shows also that the deformation of the membrane with $-162^{\circ}C$ cryogenic temperature is not so great compared with the deformation by hydrostatic pressure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.1
s.15
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pp.91-98
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2005
Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. The material property of the membrane has strong axial stiffness, but little bending stiffness. Therefore membrane structures are unstable structures initially. These soft structures need to be introduced initial stresses first because of its initial unstable state, and it happens large deformation phenomenon. To find the structural shape after large deformation caused by initial stiffness introduced, we need the shape analysis considering geometric nonlinearity in structural design procedure In this study, we analyze the soft spatial structures by the NASS which is the program for nonlinear analysis. The analytic model is a roof membrane structures of Barrel Vault-Type. We have done the shape analysis and the stress-deformation analysis considering the orthotropic material, and then study the safety.
A theory is proposed to predict the response of the load-deformation relationship of the reinforced concrete structures under the service state after cracking. The crack direction and concrete strains through the loading history before failure can be estimated by this theory based on the rotating crack model, which considers equilibrium, compatibility conditions, and average stress-strain relationship. The proposed crack direction and deformation show good agreement with test results under service state. The behavior of a variety of concrete structures, such as shear walls, deep beams and the web of box girders, can be predicted by this proposed theory under service state.
An extended model for the response of a rigid footing on a reinforced foundation bed on super soft soil is proposed by incorporating the rough membrane element into the granular bed. The super soft soil, the granular bed and the reinforcement are modeled as non-linear Winkler springs, non-linear Pasternak layer and rough membrane respectively. The hyperbolic stress-displacement response of the super soft soil and the hyperbolic shear stress-shear strain response of the granular fill are considered. The finite deformation theory is used since large settlements are expected to develop due to deformation of the super-soft soil. Parametric studies quantify the effect of each parameter on the stress-settlement response of the reinforced foundation bed, the settlement and tension profiles.
One of the most important things to analyze model ground test in plane strain is to observe deformation, accurately, In this paper, the analyzing method of ground deformation by using photos of points on membrane attached on transparent acryle plate of side wall of model ground box is described. First order 4-node isoparametric elements are used to calculate strains of ole cents.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.5
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pp.400-407
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2011
The stress distribution and stress amplitude of a membrane are major factors to decide the mechanical fatigue life of PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell). In this paper, mechanical stresses under operating hygro-thermal condition of the membrane are numerically modelled. Contact analysis between gas diffusion layer (GDL) and the membrane is performed under various temperature-humidity conditions. The structural model has nonlinear material properties depending on temperature and relative humidity. Several geometric conditions are applied to the model. The numerical analysis results indicate that deformations of the membrane are strongly related with assembly conditions of the fuel cell. The fatigue life is predicted for practical operating condition through experimental data.
Predicting the deformation behaviors of sheets in thermoforming processes has been a daunting challenge due to the strong nonlinearities arising from very large deformations, mold-polymer contact condition and hyperelasticity constitutive equations. Nonlinear numerical analysis is always required to face this challenge especially for realistic processing conditions. In this study a 3-D algorithm and the membrane approximation are developed for thermoforming processes. The constitutive equation is expressed in terms of the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensor and the Cauchy-Green deformation tensor. The 2-term Mooney-Rivlin model is used for the material model equation. The algorithm is established by the finite element formulation employing the total Lagrangian coordinate. The deformation behavior and the stress distribution results of 3-D algorithm with various point boundary conditions are compared to those of the membrane approximation algorithm. Also, the slip boundary condition and the no-slip boundary condition are applied for the systems that have molds. Finally, the effect of sheet temperatures on the final thickness distribution is investigated for the ABS material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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