• Earthquakes and Structures
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• 제13권6호
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• pp.589-598
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• 2017

In this paper, dynamic response of the horizontal concrete beam subjected to seismic ground excitation is investigated. The structure is reinforced by $Fe_2O_3$ nanoparticles which have the magnetic properties. The hyperbolic shear deformation beam theory (HSDBT) is used for mathematical modeling of the structure. Based on the Mori-Tanaka model, the effective material properties of concrete beam is calculated considering the agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles. Applying energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Harmonic differential quadrature method (HDQM) along with Newmark method is utilized for numerical solution of the motion equations. The effects of different parameters such as volume fraction and agglomeration of $Fe_2O_3$ nanoparticles, magnetic field, boundary conditions and geometrical parameters of concrete beam are studied on the dynamic response of the structure. In order to validation of this work, an exact solution is used for comparing the numerical and analytical results. The results indicated that applying magnetic field decreases the of the structure up to 54 percent. In addition, increase too much the magnetic field (Hx>5e8 A/m) does not considerable effect on the reduction of the maximum dynamic displacement.

• Geomechanics and Engineering
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• 제18권6호
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• pp.605-614
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• 2019

The present paper seeks to investigate propagation and reflection of waves at free surfaces of homogeneous, anisotropic and rotating micropolar fibre-reinforced medium with voids. It has been observed that, in particular when P-wave is incident on the free surface, there exist four coupled reflected plane waves traveling in the medium; quasi-longitudinal displacement (qLD) wave, quasi-transverse displacement (qTD) wave, quasi-transverse microrotational wave and a wave due to voids. Normal mode Analysis usually called harmonic solution method is adopted in concomitant with Snell's laws and appropriate boundary conditions in determination of solution to the micropolar fibre reinforced modelled problem. Amplitude ratios which correspond to reflected waves in vertical and horizontal components are presented analytically. Also, the Reflection Coefficients are presented using numerical simulated results in graphical form for a particular chosen material by the help of Mathematica software. We observed that the micropolar fibre-reinforced, voids and rotational parameters have various degrees of effects to the modulation, propagation and reflection of waves in the medium. The study would have impact to micropolar fibre-reinforecd rotational-acoustic machination fields and future works about behavior of seismic waves.

• Steel and Composite Structures
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• 제39권5호
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• pp.599-614
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• 2021

This study deals with the Lateral-Torsional Buckling (LTB) of a mono-symmetric tapered I-beam, in which the cross-section is varying longitudinally. To obtain the buckling moment, two concentrated bending moments should be applied at the two ends of the structure. This structure is made of Functionally Graded Material (FGM). The Young's and shear modules change linearly along the longitudinal direction of the beam. It is considered that this tapered beam is laterally restrained continuously, by using torsional springs. Furthermore, two rotational bending springs are employed at the two structural ends. To achieve the buckling moment, Ritz solution method is utilized. The response of critical buckling moment of the beam is obtained by minimizing the total potential energy relation. The lateral and torsional displacement fields of the beam are interpolated by harmonic functions. These functions satisfy the boundary conditions. Two different support conditions are considered in this study. The obtained formulation is validated by solving benchmark problems. Moreover, some numerical studies are implemented to show the accuracy, efficiency and high performance of the proposed formulation.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권3호
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• pp.265-281
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• 2024

The sound radiation responses of multi-layer composite plates subjected to harmonic mechanical excitation in hygrothermal environment is numerically investigated. A homogenized micromechanical finite element (FE) based on the higher-order mid-plane kinematics replicating quadratic function as well as the through the thickness stretching effect together with the indirect boundary element (IBE) scheme has been first time employed. The isoparametric Lagrangian element (ten degrees of freedom per node) is used for discretization to attain the hygro-thermo-elastic natural frequencies and the modes of the plate via Hamilton's principle. The effective material properties under combined hygrothermal loading are considered via a micromechanical model. An IBE method is then implemented to attain structure-surrounding coupling and the Helmholtz wave equation is solved to compute the sound radiation responses. The effectiveness of the model is tested by converging it with the similar analytical/numerical results as well as the experimentally acquired data. The present scheme is further hold out for solving diverse numerical illustrations. The results revealed the relevance of the current higher-order FE-IBE micromechanical model in realistic estimation of hygro-thermo-acoustic responses. The geometrical parameters, volume fraction of fiber, layup, and support conditions alongside the hygrothermal load is found to have significant influence on the vibroacoustic characteristics.

• Steel and Composite Structures
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• 제30권1호
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• pp.31-46
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• 2019

In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권3호
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• pp.174-180
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• 2010

변동 수심에서의 파랑변형을 비균질 Helmholtz 방정식을 이용하여 계산하였다. 포텐셜 함수가 존재한다고 가정하였으며, 변수분리를 적용하였다. 본 논문에서는 조화파만을 고려하였다. 포텐셜 함수로 구성된 지배방정식을 정수면에 직접 적용하였고, 변동 수심에 대한 비균질 Helmholtz 방정식을 얻었다. 파랑의 진폭과 위상차로 얻어진 복합 포텐셜 함수의 지배방정식을 실수형 변수로 된 두 방정식으로 분리하였다. 분리된 방정식들은 각각 1차와 2차 상미분 방정식이며, 이 방정식들을 단순한 형태의 중앙차분 수치기법을 이용하여 차분식으로 변형하였다. 측면 경계조건에서의 파랑의 진폭, 진폭경사, 그리고 위상경사를 경계면에 적용하여 전방진행방법으로 전 영역에서 해를 구하였다 Booij의 경사면 있는 저면의 경우와 Bragg의 물결모양이 있는 저면의 경우에 적용하였다. 본 연구로 도출된 비균질 Helmholtz 방정식은 완전 선형방정식 계산 결과, Massel의 수정 완경사 방정식, 그리고 Berkhoff의 완경사 방정식의 적용 결과와 비교하였으며, 만족스러운 결과를 얻었다.

• 전력전자학회논문지
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• 제4권1호
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• pp.26-34
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• 1999

비선형 반도체 전력변화장치의 사용이 급증함에 따라 전원 측에 발생되는 고조파 및 무효전력을 보상하기 위한 능동전력필터에 관한 연구가 많이 이루어져 왔으며 실용화를 위한 노력이 계속 되고 있다. 그러나 수동필터 대비 능동전력필터의 가격이 아직까지는 고가이기 때문에 이의 상용화가 더디게 진전되고 있는 추세이며, 특히 소·중용량의 능동전력필터의 제어를 위하여 디지털 신호 처리용 프로세서인 DSP(digital signal processor)를 사용하는 경우 아직까지 그 가격이 고가이기 때문에 능동필터의 제어가격을 상승시키는 요인으로 작용한다. 한편 능동전력필터의 가격을 낮추기 위해 아날로그 제어기만을 도입하는 경우 제어회로가 너무 복잡해 지고 제어의 유연성이 떨어지는 단점을 수반하게 된다. 본 논문에서는 3상 5[kVA]급 농동전력필터의 저가형 제어기를 구현하기 위해 저가의 원칩 마이크로프로세서인 80C196KC를 사용하영 디지털 제어부를 구성하며 이를 통해 보상전류 성분의 계산 및 직류단 일정 전압제어를 수행하고, 능동필터 시스템의 전류제어를 위하여 아날로글 형태의 제어기인 히스테리시스 제어기를 함께 사용한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 보상 시스템의 특성을 해석하였으며 실험에 의해 능동전력필터의 저가화를 위해 설계된 제어기가 고조파 및 무효전력 보상을 충실히 수행함을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.409-422
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• 2019

Beach cusp의 생성기작으로 기능하는 Synchronous Edge wave의 수리특성을 살펴보기 위한 3D 수치모의를 OpenFOAM 기반 tool box인 IHFOAM을 활용하여 수행하였다. 파랑모형은 RANS[Reynolds Averaged Navier-Stokes equation]와 연속방정식으로 구성하였으며, Synchronous Edge wave 형성에 필요한 연안방향으로 파고가 변조되는 short-crested waves는 동일한 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면 해역에서 비스듬히 조우되도록 조파하여 재현하였다. 모의결과 파랑 집중단면에서의 유속이 파랑 분산단면보다 전체적으로 크게 모의되었다. 또한 파랑 집중단면의 경우 해안방향 흐름[up-rush]이 먼 바다방향 흐름[back-wash]보다 세기는 우월하나 지속기간은 짧은 비선형 파동계의 일반적인 성정을 지니는 것으로 모의되었다. 이와 더불어 처오름 정점에서 양쪽의 분산단면으로 흐름이 나뉘며 약해지는 b ack-wash로 인해 up-rush 최대유속은 back-wash 최대유속의 두 배 가까이 증가하는 것으로 관측되었다. 이에 비해 파랑 분산단면의 경우 집수효과로 해안 인근 수역에서는 먼 바다방향 흐름이 해안방향흐름보다 우월하게 모의되었다. 또한 천수 중간 수역에서는 해안방향 흐름이 여전히 우세하나 비대칭 정도는 현저하게 감소하였다. 이러한 수리특성은 Synchronous Edge wave의 전형적인 성정으로 수치모의가 성공적으로 이루어진 것으로 판단된다. 이 과정에서 너울이 우월한 해양환경에서 해빈이 느리지만 점진적으로 복원되는 과정에서 주 기작으로 기능하는 경계층 streaming에 대한 새로운 해석도 제시되었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.313-325
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• 2011

황해 조석모의를 위한 유한요소 격자체계가 h-상세화에 의해 구축되어 이전연구(서, 1999b) 14 K 절점에 비해 210 K로 연안지역 해상이 특별하게 고려되었다. 격자생성시 인접절점간 수심변화, 무차원 조석파장비가 고려되어 전체절점의 약 1/4이 수심 5 m 내외 연안역에 집중적으로 분포되었다. 수심에 ETOPO1 및 30초 정밀자료가 적용되었고 개방경계에 FES2004로부터 자동추출된 8대분조가 정의되었다. 조석모의에는 비선형 3차원 조화모형이 수립되었으며, 연직난류와 바닥마찰계수의 변화에 따른 서해연안의 조석확폭이 모의되었고, 8대분조 및 $M_4,$ $MS_4$ 등 비선형 천해조석과 $M_f$ 및 $M_{sf}$의 장주기 등이 재현되었다. 천문조뿐만 아니라 비선형 항의 반복에 의해 계산되는 천해조 해석결과에 마찰계수의 공간적변화가 미치는 영향이 지대하여, 조석 주기별로 다른 값을 적용하는 것이 제시되었다. 조석 비대칭성 분포를 파악하고자 진폭비 $M_4/M_2$와 위상차 $2g(M_2)-g(M_4)$를 계산하였는데, 우리나라 서해연안에 조석왜곡 비율이 0.2에 다다르는 등 천해역 특성이 뚜렷하며 목포해역 전면에 폭넓은 낙조우세가 재현되었다.

• Ocean and Polar Research
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• 제25권1호
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• pp.89-106
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• 2003

Analyses of tidal observations and a numerical model of the $M_2$ and $M_4$ tides in the Uldolmok waterway located at the southwestern tip of the Korean Peninsula are described. This waterway is well known fer its strong tidal flows of up to more than 10 knots at the narrowest part of the channel. Harmonic analysis of the observed water level at five tidal stations reveals dramatic changes in the amplitude and phase of the shallow water constituents at the station near the narrowest part, while survey results show a decreasing trend in local mean sea levels toward the narrow section. It was also observed that the amplitudes of semi-diurnal constituents, $M_2$ and $S_2$ are diminishing toward the narrowest part of the waterway. Two-dimensional numerical modeling shows that the $M_2$ energy flux is dominated by the component coming from the eastern boundary. The $M_2$ energy is inward from both open boundaries and is transported toward the narrow region of the channel, where it is frictionally dissipated or transferred to other constituents due to a strong non-linear advection effect. It is also shown that the $M_4$ generation is strong around the narrow region, and the abrupt decrease in the M4 amplitude in the region is due to a cancellation of the locally generated M4 with the component propagated from open boundaries. The superposition of both propagated and generated M4 contributions also explains the discontinuity of the M4 phase lag in the region. The tide-induced residual sea level change and the regeneration effect of the $M_2$ tide through interaction with $M_4$ are also examined.