Xu, Mao;Patruno, Luca;Lo, Yuan-Lung;de Miranda, Stefano;Ubertini, Francesco
Wind and Structures
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v.34
no.1
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pp.1-14
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2022
In this work the flow through a hollow porous 5:1 rectangular cylinder made of perforated plates is numerically investigated by means of 2D URANS based simulations. Two approaches are adopted to account for the porous surfaces: in the first one the pores are explicitly modeled, so providing a detailed representation of the flow. In the second one, the porous surfaces are modeled by means of pressure jumps, which allow to take into account the presence of pores without reproducing the flow details. Results obtained by using the two aforementioned techniques are compared aiming at evaluating differences and similarities, as well as identifying the main flow features which might cause discrepancies. Results show that, even in the case of pores remarkably smaller than the immersed body, their arrangement can lead to local mechanisms able to affect the global flow arrangement, so limiting the accuracy of pressure jumps based simulations. Despite that, time-averaged fields often show a reasonable agreement between the two approaches.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.139-144
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2015
Recently, to realize sound-absorbing structures, we have to insert sound-absorbing materials into wall. These shapes are taken limitations because sound-absorbing materials should be fixed. Therefore, the sound absorption is changed by environment that used the sound-absorbing materials. On the other hand, we will take same effect without sound-absorbing material, if we change the shape of wall to sound absorbing structure. If we use this sound absorbing structure, we can get benefits by removing limitation of materials. Therefore we suggest perforated plate for effective sound-absorbing structure. We confirmed the function of sound-absorption of this structure using equivalent property. Then, we found the similarity between perforated plate and resonator. Also, we verify these theories through computer simulation by FEM(Finite Element Method). Finally, we validated that perforated plate has function of sound absorption without sound-absorbing material. This perforated plate is used for sound-absorbing material of buildings and transportations such as vehicle, train etc. Also, these results could be further used basic tool for design of sound-absorption structure.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.8
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pp.1248-1256
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2008
In this paper, basic characteristics of transmission line employing PPGM (periodically perforated ground metal) were investigated using theoretical and experimental analysis.According to the results, unlike the conventional PBG (photonic band gap) structures, the characteristic impedance of the transmission line employing PPGM structure showed a real value, which exhibited a very small dependency on frequency. The transmission line employing PPGM structure showed a loss (per quarter wave length) higher by $0.1{\sim}0.2\;dB$ than the conventional microstrip line. According to the investigation of the dependency of RF characteristic on ground condition, the RF characteristic of the transmission line employing PPGM structure was hardly affected by the ground condition in the frequency lower than Ku band, but fairly affected in the frequency higher than Ku band, which indicated that coplanar waveguide employing PPGM structure was optimal for RF characteristic and reduction of size. Considering above results, impedance transformer was developed using coplanar waveguide with PPGM structure for the first time, and good RF characteristics were observed from the impedance transformer. In case that {\lambda}/4$ impedance transformer with a center frequency of 9 GHz was fabricated for a impedance transformation from 20 to10 {\Omega}$, the line width and length were 20 and $500\;{\mu}m$, respectively, and its size was only 0.64 % of the impedance transformer fabricated with conventional microstrip lines. Above results indicate that the transmission line employing PPGM is a promising candidate for a development of matching and passive elements on MMIC.
In this study, the optimal slit length of perforated wall with single chamber below the still water level (SWL) is studied through the two dimensional test. The relationship between the reflection coefficient and the shape of structures such as chamber width(B) and slit length(S) are investigated by applying the various wave conditions. The random waves were used for the test by using Bretschneider-Mitsuyasu frequency spectrum. Minimum reflection coefficient is obtained at $B/L_s{\approx}0.15$ condition, this result is different from the regular wave condition. Also the minimum reflection coefficients are measured at $S/H_s{\approx}2.5$. This means that the optimal slit length below the still water level is 2.5 times of the incident wave height.
It is common practice to use Reduced Web Beam Sections (RWBS) in steel moment resisting frames. Perforation of beam web in these members may cause stress and strain concentration around the opening area and facilitate ductile fracture under cyclic loading. This paper presents a numerical study on the cyclic fracture of these structural components. The considered connections are configured as T-shaped assemblies with beams of elongated circular perforations. The failure of specimens under Ultra Low Cycle Fatigue (ULCF) condition is simulated using Cyclic Void Growth Model (CVGM) which is a micromechanics based fracture model. In each model, CVGM fracture index is calculated based on the stress and strain time histories and then models with different opening configurations are compared based on the calculated fracture index. In addition to the global models, sub-models with refined mesh are used to evaluate fracture index around the beam to column weldment. Modeling techniques are validated using data from previous experiments. Results show that as the perforation size increases, opening corners experience greater fracture index. This is while as the opening size increases the maximum observed fracture index at the connection welds decreases. However, the initiation of fracture at connection welds occurs at lower drift angles compared to opening corners. Finally, a probabilistic framework is applied to CVGM in order to account for the uncertainties existing in the prediction of ductile fracture and results are discussed.
The aim of this work is to provide some insights into the elasto-plastic behaviour of plate girder web square and rectangular panels with centred and eccentric holes under both compression and in-plane bending moment. The numerical study was validated comparing the numerical results obtained for one simple steel plate configuration with the corresponding experimental results, obtained at the University of Padova, observing the influence of the initial out-of-plane imperfections on the force vs. displacement relationship and ultimate strength. Once validated the numerical approach, the effect of bending moment on the stability of the plate is studied and some differences with respect to the uniform compression load case are shown. The influence of dimension and position of the hole, the plate aspect ratio and the steel grade on elasto-plastic behaviour is observed. Some indications regarding the critical slenderness (at which transition from elastic to plastic collapse occurs) are given for square and rectangular plates with symmetric and eccentric holes having small, medium and large diameter.
Shekastehband, Behzad;Azaraxsh, Ali A.;Showkati, Hossein
Steel and Composite Structures
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v.25
no.4
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pp.505-521
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2017
The steel plate shear wall with beam-only connected infill plate (SSW-BO) is an innovative lateral load resisting system consisting of infill plates connected to surrounding beams and separated from the main columns. In this research, the effects of perforation diameter as well as slenderness ratios of infill plates on the hysteresis behavior of SSW-BO systems were studied experimentally. Experimental testing is performed on eight one-sixth scaled one-story SSW-BO specimens with two plate thicknesses and four different circular opening ratios at the center of the panels under fully reversed cyclic quasi-static loading in compliance with the SAC test protocol. Strength, stiffness, ductility and energy absorption were evaluated based on the hysteresis loops. It is found that the systems exhibited stable hysteretic behavior during testing until significant damage in the connection of infill plates to surrounding beams at large drifts. It is also seen that pinching occurred in the hysteresis loops, since the hinge type connections were used as boundaries at four corners of surrounding frames. The strength and initial stiffness degradation of the perforated specimens containing opening ratio of 0.36 compared to the solid one is in the range of 20% to 30% and 40% to 50%, respectively.
The present study is focused on the behavior and design of perforated steel storage rack columns under axial compression. These columns may exhibit different types of behavior and levels of strength owing to their peculiar features including their complex cross-section forms and perforations along the member. In the present codes of practice, the design of these columns is carried out using analytical formulas which are supported by experimental tests described in the relevant code document. Recently proposed analytical approaches are used to estimate the load carrying capacity of axially compressed steel storage rack columns. Experimental and numerical studies were carried out to verify the proposed approaches. The experimental study includes compression tests done on members of different lengths, but of the same cross-section. A comparison between the analytical and the experimental results is presented to identify the accuracy of the recently proposed analytical approaches. The proposed approach includes modifications in the Direct Strength Method to include the effects of perforations (the so-called reduced thickness approach). CUFSM and CUTWP software programs are used to calculate the elastic buckling parameters of the studied members. Results from experimental and analytical studies compared very well. This indicates the validity of the recently proposed approaches for predicting the ultimate strength of steel storage rack columns.
Moradian, Niloofar;Ting, David S.K.;Cheng, Shaohong
Wind and Structures
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v.14
no.1
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pp.35-53
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2011
Spherical object in wind is a common scenario in daily life and engineering practice. The main challenge in understanding the aerodynamics in turbulent wind lies in the multi-aspect of turbulence. This paper presents a wind tunnel study, which focuses on the role of turbulence integral length scale ${\Lambda}$ on the drag of a sphere. Particular turbulent flow conditions were achieved via the proper combination of wind speed, orifice perforated plate, sphere diameter (D) and distance downstream from the plate. The drag was measured in turbulent flow with $2.2{\times}10^4{\leq}Re{\leq}8{\times}10^4$, $0.043{\leq}{\Lambda}/D{\leq}3.24$, and turbulence intensity Tu up to 6.3%. Our results confirmed the general trends of decreasing drag coefficient and critical Reynolds number with increasing turbulence intensity. More interestingly, the unique role of the relative integral length scale has been revealed. Over the range of conditions studied, an integral length of approximately 65% the sphere diameter is most effective in reducing the drag.
The aim of this study is to obtain the nonlinear and post-buckling responses of relatively thick functionally graded plates with oblique elliptical cutouts using a new semi-analytical approach. To model the oblique elliptical hole in a FGM plate, six plate-elements are used and the connection between these elements is provided by the well-known Penalty method. Therefore, the semi-analytical technique used in this paper is known as the plate assembly technique. In order to take into account for functionality of the material in a perforated plate, the volume fraction of the material constituents follows a simple power law distribution. Since the FGM perforated plates are relatively thick in this research, the structural model is assumed to be the first order shear deformation theory and Von-Karman's assumptions are used to incorporate geometric nonlinearity. The equilibrium equations for FGM plates containing elliptical holes are obtained by the principle of minimum of total potential energy. The obtained nonlinear equilibrium equations are solved numerically using the quadratic extrapolation technique. Various sets of boundary conditions for FGM plates and different cutout sizes and orientations are assumed here and their effects on nonlinear response of plates under compressive loads are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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