Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.5
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pp.331-338
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2020
In this study, the characteristic of a 3-D micro-woven material, which is one of the newly developed periodic open-cell structure, is analyzed through various computational simulations. To increase the accuracy of the numerical simulations, the distance between each directional wire is parameterized using six design variables, and its model geometry is precisely discretized using tetrahedron elements. Using the improved computational model, the material properties of the mechanical, thermal, and fluidic behavior are investigated using commercial software and compared with the previous experimental results. By changing the space between the x- and y-directional wires, a parametric test is performed to determine the tendency of the change in the material properties. In addition, the correlation between two different material properties is investigated using the Ashby chart. The result can further be used in determining the optimal pattern and wire spacing in 3-D micro-woven materials.
Based on the heterogeneous characterization of concrete at mesoscopic level, Realistic Failure Process Analysis ($RFPA^{3D}$) code is used to simulate the failure process of concrete-filled tubular (CFT) stub columns. The results obtained from the numerical simulations are firstly verified against the existing experimental results. An extensive parametric study is conducted to investigate the effects of different concrete strength on the behaviour and load-bearing capacity of the CFT stub columns. The strength of concrete considered in this study ranges from 30 to 110 MPa. Both the load-bearing capacity and load-displacement curves of CFT columns are evaluated. In particular, the crack propagation during the deformation and failure processes of the columns is predicted and the associated mechanisms related to the increased load-bearing capacity of the columns are clarified. The numerical results indicate that there are two mechanisms controlling the failure of the CFT columns. For the CFT columns with the lower concrete strength, they damage when the steel tube yields at first. By contrast, for the columns with high concrete strength it is the damage of concrete that controls the overall loading capacity of the CFT columns. The simulation results also demonstrate that $RFPA^{3D}$ is not only a useful and effective tool to simulate the concrete-filled steel tubular columns, but also a valuable reference for the practice of engineering design.
The unscented Kalman filter (UKF) has been developed for nonlinear model parametric identification, and it assumes that the model parameters are symmetrically distributed about their mean values without any constrains. However, the parameters in many applications are confined within certain ranges to make sense physically. In this paper, a constrained unscented Kalman filter (CUKF) algorithm is proposed to improve accuracy of numerical substructure modeling in hybrid testing. During hybrid testing, the numerical models of numerical substructures which are assumed identical to the physical substructures are updated online with the CUKF approach based on the measurement data from physical substructures. The CUKF method adopts sigma points (i.e., sample points) projecting strategy, with which the positions and weights of sigma points violating constraints are modified. The effectiveness of the proposed hybrid testing method is verified by pure numerical simulation and real-time as well as slower hybrid tests with nonlinear specimens. The results show that the new method has better accuracy compared to conventional hybrid testing with fixed numerical model and hybrid testing based on model updating with UKF.
In this study, influence of the process parameters of the roller leveling process on the straightness of the steel wire was analyzed using numerical analysis. To construct the numerical analysis model, cross-sectional and longitudinal element sizes, which affect the prediction accuracy of longitudinal stress caused by bending deformation of the steel wire, were optimized, and mass scaling that satisfies prediction accuracy while reducing computational time was confirmed. By using the constructed numerical analysis model, the influence of various process parameters such as input direction of the steel wire, initial diameter of the steel wire, back tension and intermesh on the straightness was confirmed. The simulation result shows that the 3rd and 4th roller of vertical straightener had a significant influence on vertical shape of the steel wire.
Transactions of the Society of Information Storage Systems
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v.4
no.1
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pp.6-12
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2008
The paper deals with the numerical analysis and design optimization of polysilicon micro thermal flexure actuator. The deflection of a thermal actuator is implicitly related to the actuation time so that such deflection is to be maximized under the consideration of structural performances such as maximum stress and natural frequencies. At first, the structural formulation of a thermal actuator is reviewed, and its CAE based simulation is performed to verify the numerical model. A parametric study is then conducted to identify the mainly effective design variables. Finally, the design of a micro thermal actuator is explored in the context of deterministic optimization and reliability based design optimization in the present study.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.3
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pp.213-221
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2016
Due to the nature of cavitation numerical analyses, computational optimization of a pump with respect to the cavitation properties is extremely demanding. In this paper it is shown how a combination of Transient Blade Row (TBR) method and some simplifications can be used for making the optimization process more efficient and thus possible on current generation of hardware. The aim of the paper is not the theory of hydraulic design. Instead, the practical aspects of numerical optimization are shown. This is done on an example of a radial pump and a combination of ANSYS CFX, ANSYS software tools and custom scripts is used. First, a comparison of TBR and fully-transient simulation is made. Based on the results, the TBR method is chosen and a parametric model assembled. Design of Experiment (DOE) table is computed and the results are used for sensitivity analysis. As the last step, the final design is created and computed as fully-transient. In conclusion, the results are discussed.
System identification of structures is one of the important aspects of structural health monitoring. The accuracy and efficiency of identification results is affected severely by measurement noises, especially when the structure system is large, such as bridge structures, and when online system identification is required. In this paper, the least square estimation (LSE) method is used combined with the substructure approach for identifying structural parameters of a cable-stay bridge with large degree of freedoms online. Numerical analysis is carried out by first dividing the bridge structure into smaller substructures and then estimates the parameters of each substructure online using LSE method. Simulation results demonstrate that the proposed approach is capable of identifying structural parameters, however, the accuracy and efficiency of identification results depend highly on the noise sensitivities of loading region, loading pattern as well as element size.
Systematic sensitivity analysis of smoothed particle hydrodynamics method (SPH), a gridless Lagrangian particle method, was carried out in this study. Unlike traditional grid-based numerical schemes, systematic sensitivity study for computational parameters is very limited for SPH. In this study, the effect of computational parameters in SPH simulation is explored through two-dimensional dam-breaking and sloshing problem. The parameters to be considered are the speed of sound, the type of kernel function, the frequency of density re-initialization, particle number, smoothing length and pressure extraction method. Through a series of numerical test, detailed information was obtained about how SPH solution can be more stabilized and improved by adjusting computational parameters.
One of the devices to prevent separated flow over a wing or a flap at high angle of attack is a vortex generator. In the present work, we numerically study the flow around a low-profile or micro vortex generator whose height is less than local boundary layer thickness which can delay separation with a minimum drag penalty owing to its very small wetted surface area. As a first step toward a parametric study to efficiently design this MVG flow control system, we simulate the flow around a single MVG on a flat plate. For the simulation, we employ OpenFOAM with Launder-Sharma ${\kappa}$-epsilon model. The analysis results are validated by comparing with experimental results of a rectangular MVG at an angle of attack of 10 degrees whose height is 20% of local boundary layer. Important results and aspects of this numerical study are discussed. We also simulate the flow around rectangular, triangular and trapezoidal MVGs and the results are compared
Park, Byoung-Kyoo;Kim, Joon-Won;Moon, Il-Kwon;Kim, Dong-Sik
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1951-1956
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2008
Various MEMS accelerometers are used in engineering applications including automobiles, mobile phones, military systems, and electronic devices. Among them, the thermal accelerometer employing the temperature difference induced by the convective flow inside the micro cavity has been a topic of interest. As the convective sensor does not utilize a solid proof mass, it is compact, lightweight, inexpensive to manufacture, sensitive and highly endurable to mechanical shock. However, the complexity of the convective flow and various design constraints make optimization of a device a crucial step before fabrication. In this work, optimization of a 2-axis thermal convective MEMS accelerometer is conducted based on 3-dimensional numerical simulation. Parametric studies are performed by varying the several design variables such as the heater shape/size, the cavity size and types of the gas medium and the position of temperature probes in the sensor. The results of optimal design are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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