Purpose: This study aimed to investigate the accuracy of head scatter factor (Sc) by applying a developed multi-leaf collimator (MLC) scatter source model for an unflattened photon beam. Methods: Sets of Sc values were measured for various jaw-defined square and rectangular fields and MLC-defined square fields for developing dual-source model (DSM) and MLC scatter model. A 6 MV unflattened photon beam has been used. Measurements were performed using a 0.125 cm3 cylindrical ionization chamber and a mini phantom. Then, the parameters of both models have been optimized, and Sc has been calculated. The DSM and MLC scatter models have been verified by comparing the calculated values to the three Sc set measurement values of the jaw-defined field and the two Sc set measurement values of MLC-defined fields used in the existing modeling, respectively. Results: For jaw-defined fields, the calculated Sc using the DSM was consistent with the measured Sc value. This demonstrates that the DSM was properly optimized and modeled for the measured values. For the MLC-defined fields, the accuracy between the calculated and measured Sc values with the addition of the MLC scatter source appeared to be high, but the only use of the DSM resulted in a significantly bigger differences. Conclusions: Both the DSM and MLC models could also be applied to an unflattened beam. When considering scattered radiation from the MLC by adding an MLC scatter source model, it showed a higher degree of agreement with the actual measured Sc value than when using only DSM in the same way as in previous studies.
Park, Young-Geun;Hwang, Jai-Hyuk;Kim, Seok-Woo;Jang, Moon-Seok;Bae, Jae-Sung
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.4
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pp.11-16
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2006
The wind turbine rotor blade is faced with various aeroelastic problem as rotor blades become bigger and lighter by the use the composite material. The aeroelastic analysis of a wind turbine rotor blade requires its aerodynamic model and structural model. For effective aeroelastic analysis, it is required the simple and effective structural model of the blade. In the present study, we introduce the effective equivalent structural modeling of the blade for aeroelastic analysis. The equivalent beam model of the composite blade based on its 3D finite element model is established. The free vibration analysis shows that the equivalent beam model of the blade is equivalent to its 3D finite element model.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.824-830
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2003
The Power Flow Finite Element Method(PFFEM) offers very promising results in predicting the vibration responses of system structures, and the first PFFEM software, PFADS has been developed in Seoul National University for the vibration predictions and analysis of coupled system structures in medium-to-high frequency ranges. PFFEM is numerical method which solves energy governing equation using finite element technique for complicated structures where the exact solutions are not available. Through the upgrades, the current version PFADS R3 could cover the general beam and plate structures including various kinds of beam-plate rigid joints, spring-damper connection and rigid body connection within beam and plate in addition. This software is composed of three parts; translator, model converter and solver. The translator makes its own FE-model from bulk data of commercial FE software, and the model converter is used to convert FE-model to PFFE-model automatically. The solver calculates vibrational energy density and intensity for PFFE-model by solving global matrix equations of PFFEM. For the applications of PFADS R3, two vehicle models and a container model are examined with respect to major parameters, and reliable results are obtained.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.8
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pp.11-17
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2021
This paper describes the time rate of change of dynamic response of a cantilever beam inserted with a damping element, such as bonding, which is excited under a general force at various locations. A sensitivity analysis was performed in a finite element model to show that two types of second-order algebraic governing equations were used to predict the rate of change of dynamic displacement: one is related to the modal coordinate linked to a physical coordinate, and the other to the design parameter of the time rate of change of displacement. The sensitivity differential equation formulation includes more complicated terms compared with that of the undamped cantilever beam. The sensitivities of the dynamic response were observed by changing the location of the excitation force, displacement extraction, and cross-sectional area of the beam. The analytical results obtained by this suggested theory showed a relatively good agreement when compared with those obtained using the commercial finite element program. The suggested analysis procedure enables the prediction of the response sensitivity for any finite element model of the dynamic system.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1989.04a
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pp.50-55
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1989
Piping systems are composed of pipes with various thickness, diameter and length. Accurate analysis of a piping system requires a complicated three dimensional finite element model and a computer system with large memory size, while simplified models result in system response prediction with deteriorated accuracy. An efficient analysis model for piping systems is proposed in this study. The proposed model is developed by introducing a joint model which accounts for the behavior of a pipe connection. Pipes are represented by beam elements and the effect of local deformation of pipe connections are replaced by joint element deformations. The proposed model which is as simple and efficient as a beam model can be used to obtain piping system response with accuracy close to that of a finite element model.
In this manuscript, free vibrations of a unidirectional composite orthotropic Timoshenko beam based on finite strain have been studied. Using Green-Lagrange strain tensor and comprising all of the nonlinear terms of the tensor and also applying Hamilton's principle, equations of motion and boundary conditions of the beam are obtained. Using separation method in single-harmonic state, time and locative variables are separated from each other and finally, the equations of motion and boundary conditions are gained according to locative variable. To solve the equations, generalized differential quadrature method (GDQM) is applied and then, deflection and cross-section rotation of the beam in linear and nonlinear states are drawn and compared with each other. Also, frequencies of carbon/epoxy and glass/epoxy composite beams for different boundary conditions on the basis of the finite strain are calculated. The calculated frequencies of the nonlinear free vibration of the beam utilizing finite strain assumption for various geometries have been compared to von Karman one.
An analytical formulation and solution process for the buckling analysis of porous magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) beam via different thermal loadings and various boundary conditions is suggested in this paper. Magneto electro mechanical coupling properties of FGM beam are taken to vary via the thickness direction of beam. The rule of power-law is changed to consider inclusion of porosity according to even and uneven distribution. Pores possibly occur inside FGMs due the result of technical problems that lead to creation of micro-voids in these materials. Change in pores along the thickness direction stimulates the mechanical and physical properties. Four-variable tangential-exponential refined theory is employed to derive the governing equations and boundary conditions of porous FGM beam under magneto-electrical field via Hamilton's principle. An analytical model procedure is adopted to achieve the non-dimensional buckling load of porous FG beam exposed to magneto-electrical field with various boundary conditions. In order to evaluate the influence of thermal loadings, material graduation exponent, coefficient of porosity, porosity distribution, magnetic potential, electric voltage and boundary conditions on the critical buckling temperature of the beam made of magneto electro elastic FG materials with porosities a parametric study is presented. It is concluded that these parameters play remarkable roles on the buckling behavior of porous MEE-FG beam. The results for simpler states are proved for exactness with known data in the literature. The proposed numerical results can serve as benchmarks for future analyses of MEE-FG beam with porosity phases.
In this paper, the effect of atmospheric turbulence is numerically modeled and analyzed via a phase-screen model, in regard to long-range optical energy transfer using coherent beam combination. The coherent-beam-combination system consists of three channel beams pointing at a target at a distance of 1-2 km. The phase and propagation direction of each channel beam are assumed to be corrected in an appropriate manner, and the atmospheric turbulence that occurs while the beam propagates through free space is quantified with a phase-screen model. The phase screen is statistically generated and constructed within the range of fluctuations of the structure constant Cn2 from 10-15 to 10-13 [m-2/3]. Particularly, in this discussion the shape, distortion, and combining efficiency of the 3-channel combined beam are calculated at the target plane by varying the structure constant used in the phase-screen model, and the effect of atmospheric turbulence on beam-combination efficiency is analyzed. Analysis with this numerical model verifies that when coherent beam combination is used for long-range optical energy transfer, the received power at the target can be at least three times the power obtainable by incoherent beam combination, even for maximal atmospheric fluctuation within the given range. This numerical model is expected to be effective for analyzing the effects of various types of atmospheric-turbulence conditions and beam-combination methods when simulating long-range optical energy transfer.
Li Zhu;Ray Kai-Leung Su;Wei Liu;Tian-Nan Han;Chao Chen
Steel and Composite Structures
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v.48
no.2
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pp.207-233
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2023
Steel-concrete composite box girder bridges are widely used in the construction of highway and railway bridges both domestically and abroad due to their advantages of being light weight and having a large spanning ability and very large torsional rigidity. Composite box girder bridges exhibit the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip under various loads during operation. As one of the most commonly used calculation tools in bridge engineering analysis, one-dimensional models offer the advantages of high calculation efficiency and strong stability. Currently, research on the one-dimensional model of composite beams mainly focuses on simulating interface longitudinal slip and the shear lag effect. There are relatively few studies on the one-dimensional model which can consider the effects of restrained torsion, distortion and interface transverse slip. Additionally, there are few studies on vehicle-bridge integrated systems where a one-dimensional model is used as a tool that only considers the calculations of natural frequency, mode and moving load conditions to study the dynamic response of composite beams. Some scholars have established a dynamic analysis model of a coupled composite beam bridge-train system, but where the composite beam is only simulated using a Euler beam or Timoshenko beam. As a result, it is impossible to comprehensively consider multiple complex force effects, such as shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip of composite beams. In this paper, a 27 DOF vehicle rigid body model is used to simulate train operation. A two-node 26 DOF finite beam element with composed box beams considering the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip is proposed. The dynamic analysis model of the coupled composite box girder bridge-train system is constructed based on the wheel-rail contact relationship of vertical close-fitting and lateral linear creeping slip. Furthermore, the accuracy of the dynamic analysis model is verified via the measured dynamic response data of a practical composite box girder bridge. Finally, the dynamic analysis model is applied in order to study the influence of various mechanical effects on the dynamic performance of the vehicle-bridge system.
Composite beams of steel and concrete strengthened with fiber-reinforced polymers (FRP) may exhibit considerably enhanced flexural behaviour, but the combination of three materials with different characteristics and the various possible failure mechanisms that may govern performance make their analysis quite demanding. Previous studies provided significant insights into this problem and several methods were proposed for calculating flexural stiffness and strength, but these studies are restricted to the single member level of a simply supported composite beam section. However, the problem considerably changes when the beam is part of a frame system due to the degree of continuity provided by the surrounding structure, which represents the most common situation in practice. This paper explores the behaviour of semi-continuous FRP-strengthened composite beams, by considering the response characteristics of their end connections and their effects on overall performance. A novel analytical model is derived, which enables a step-by-step representation of the nonlinear relationship between an incremental mid-span design bending moment and corresponding connection rotations. After verification against finite element analyses, a parametric study is conducted which shows that the substantially increased bending moment resistance of FRP-strengthened composite beams can hardly be fully utilized due to a deficiency of corresponding large deformation capacity available in the connections. The extent to which the presence FRP strengthening can be exploited to enhance the beam flexural response depends on the interplay between various structural parameters, including the connection rotation capacity, the beam span, and the FRP modulus of elasticity and ultimate strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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