In the present study an elastic-plastic strain analysis is carried out for fibrous composites by using numerical modeling. Application of homogeneous transversely-isotropic model was chosen based on problem solution of a square plate with a circular hole under uniaxial tension. The results obtained in this study correspond to the solution of fiber model trial problem, as well as to analytical solution. Further, numerical algorithm and software has been developed, based on simplified theory of small elastic strains for transversely-isotropic bodies, and FEM. The influence of holes and cracks on stress state of complicated configuration transversely-isotropic bodies has been studied. Strain curves and plasticity zones that are formed in vicinity of the concentrators has been provided. Numerical values of effective mechanical parameters calculated for unidirectional composites at different ratios of fiber volume content and matrix. Content volume proportions of fibers and matrix defined for fibrous composite material that enables to behave as elastic-plastic body or as a brittle material. The influences of the fibrous structure on stress concentration in vicinity of holes on boron/aluminum D16, used as an example.
The seismic events in Northern Italy, May 2012, have revealed the seismic vulnerability of typical Italian precast industrial buildings. The aim of this paper is to present a seismic fragility model for Italian RC precast buildings, to be used in earthquake loss estimation and seismic risk assessment by comparing two building typologies and three different codes: D.M. 3-03-1975, D.M. 16-01-1996 and current Italian building code that has been released in 2008. Based on geometric characteristics and design procedure applied, ten different building classes were identified. A Monte Carlo simulation was performed for each building class in order to generate the building stock used for the development of fragility curves trough analytical method. The probabilistic distributions of geometry were mainly obtained from data collected from 650 field surveys, while the material properties were deduced from the code in place at the time of construction or from expert opinion. The structures were modelled in 2D frameworks; since the past seismic events have identified the beam-column connection as the weakest element of precast buildings, two different modelling solutions were adopted to develop fragility curves: a simple model with post processing required to detect connection collapse and an innovative modelling solution able to reproduce the real behaviour of the connection during the analysis. Fragility curves were derived using both nonlinear static and dynamic analysis.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.1
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pp.62-70
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2009
In this paper, the fluid flow behavior past a pair of rectangular cylinders placed in a two dimensional horizontal channel has been investigated using Lattice-Boltzmann Method(LBM). The LBM has built up on the D2Q9 model and the single relaxation time method called the Lattice-BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)model. Streamlines, velocity, vorticity and pressure contours are provided to analyze the important characteristics of the flow field for a wide range of non dimensional parameters that present in our simulation. Special attention is paid to the effect of spacing(d) between two cylinders and the blockage ratio A(=h/H), where H is the channel height and h is the rectangular cylinder height. for different Reynolds numbers. The first cylinder is called upstream cylinder and the second one as downstream cylinder. The downstream fluid flow fields have been more influenced by its blockage ratios(A) and Reynolds numbers(Re) whereas the upstream flow patterns(in front of downstream cylinder) by the gap length(d) between two cylinders. Moreover, it is observed that after a certain gap, both upstream and downstream flow patterns are almost similar size and shape. The simulation result has been compared with analytical solution and it is found to be in excellent agreement.
The objective of this work is not only to perform feasibility studies on the CFD (computational fluid dynamics) analysis for the capillary system design but also to provide an enhanced understanding of the autonomous capillary flow. The capillary flow is evaluated by means of the commercial CFD software of FLUENT, which includes the VOF (volume-of-fluid) model for multiphase flow analysis. The effect of wall adhesion at fluid interfaces in contact with rigid boundaries is considered in terms of static contact angle. Feasibility studies are first performed, including mesh-resolution influence on pressure profile, which has a sudden increase at the liquid/gas interface. Then we perform both 2D and 3D simulations and examine the transient nature of the capillary flow. Analytical solutions are also derived for simple cases and compared with numerical results. Through this work, essential information on the capillary system design is brought out. Our efforts and initial success in numerical description of the microfluidic capillary flows enhance the fundamental understanding of the autonomous capillary flow and will eventually pave the road for full-scale, computer-aided design of microfluidic networks.
A compact current model applicable to both single-gate (SG) and double-gate (DG) tunneling field-effect transistors (TFETs) is presented. The model is based on Kane's band-to-band tunneling (BTBT) model. In this model, the well-known and previously-reported quasi-2-D solution of Poisson's equation is used for the surface potential and length of the tunneling path in the tunneling region. An analytical tunneling current expression is derived from expressions of derivatives of local electric field and surface potential with respect to tunneling direction. The previously reported correction factor with three fitting parameters, compensating for superlinear onset and saturation current with drain voltage, is used. Simulation results of the proposed TFET model are compared with those from a technology computer-aided-design (TCAD) simulator, and good agreement in all operational bias is demonstrated. The proposed SG/DG-TFET model is developed with Verilog-A for circuit simulation. A TFET inverter is simulated with the Verilog-A SG/DG-TFET model in the circuit simulator; the model exhibits typical inverter characteristics, thereby confirming its effectiveness.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.35-35
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2023
The main reason for its instability is sediment scouring downstream of hydraulic structures. Both physical and numerical models have been used to investigate the influence of soil properties on scour hole geometry. Nevertheless, no research has been conducted on resistance parameters that affect sedimentation and erosion. In addition, auxiliary structures like wing walls, which are prevalent in many real-world applications, have rarely been studied for their impact on morphology. The hydraulic characteristics of steady flow through a boxed culvert are calibrated using a 3D Computational Fluid Dynamics model compared with experimental data in this study, which shows a good agreement between water depth, velocity, and pressure profiles. Test cases showed that 0.015 m grid cells had the lowest NRMSE and MAE values. It is also possible to quantify sediment scour numerically by testing roughness/d50 ratios (cs) and diversion walls at a meander flume outlet. According to the findings, cs = 2.5 indicates a close agreement between numerical and analytical results of maximum scour depth after the culvert; four types of wing walls influence geometrical deformation of the meander flume outlet, resulting in erosion at the concave bank and deposition at the convex bank; two short headwalls are the most appropriate solution for accounting for small changes in morphology. A numerical model can be used to estimate sediment scour at the meander exit channel of hydraulic structures based on the roughness parameter of soil material and headwall type.
As a standard water clarity variable, the vertical underwater visibility, called Secchi depth, is estimated with ocean color satellite data. In the present study, Moderate Resolvtion Imaging Spectradiometer (MODIS) data are used to measure the Secchi depth which is a useful indicator of ocean transparency for estimating the water quality and productivity. To estimate the Secchi depth $Z_v$, the empirical regression model is developed based on the satellite optical data and in-situ data. In the previous study, a semi-analytical algorithm for estimating $Z_v$ was developed and validated for Case 1 and 2 waters in both coastal and oceanic waters using extensive sets of satellite and in-situ data. The algorithm uses the vertical diffuse attenuation coefficient, $K_d$($m^{-1}$) and the beam attenuation coefficient, c($m^{-1}$) obtained from satellite ocean color data to estimate $Z_v$. In this study, the semi-analytical algorithm is validated using temporal MODIS data and in-situ data over the Yellow, Southern and East Seas including Case 1 and 2 waters. Using total 156 matching data, MODIS $Z_v$ data showed about 3.6m RMSE value and 1.7m bias value. The $Z_v$ values of the East Sea and Southern Sea showed higher RMSE than the Yellow Sea. Although the semi-analytical algorithm used the fixed coupling constant (= 6.0) transformed from Inherent Optical Properties (IOP) and Apparent Optical Properties (AOP) to Secchi depth, various coupling constants are needed for different sea types and water depth for the optimum estimation of $Z_v$.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.45
no.11
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pp.21-28
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2008
In this paper, we suggest an analytical model that can derive the I-V characteristics in the saturation region of a short channel GaAs MESFET. Instead of the pinch-off concept that has been used in the conventional models we can derive the two-dimensional potential in the depletion region in order that the velocity saturation region cannot be pinched-off and the current continuity condition can be satisfied. Obtained expression for the velocity saturation length is expressed in terms of the total channel length, channel doping density, gate voltage, and drain voltage. Compared with the conventional channel length shortening models, the present model seems to be considerably accurate and more reasonable in explaining the Early effect.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.433-449
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2021
In this study, a newly enhanced Fluid-Structure Interaction (FSI) model which incorporates mooring lines was used to simulate a floating structure. The model has two parts: a Computational Fluid Dynamics (CFD) model and a mooring model. The open-source CFD OpenFOAM® v1712 toolbox was used in the present study, and the convergence criteria and relaxation method were added to the computational procedure used for the OpenFOAM multiphase flow solver, interDyMFoam. A newly enhanced, tightly coupled solver, CoupledinterDyMFoam, was used to decrease the artificial added mass effect, and the results were validated through a series of benchmark cases. The mooring model, based on the finite element method, was established in MATLAB® and was validated against a benchmark analytical elastic catenary solution and numerical results. Finally, a model which simulates a floating structure with mooring lines was successfully constructed by connecting the mooring model to CoupledinterDyMFoam.
Bessaim, Aicha;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bernard, Fabrice;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.56
no.2
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pp.223-240
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2015
In this work, a nonlocal quasi-3D trigonometric plate theory for micro/nanoscale plates is proposed. In order to introduce the size influences, the Eringen's nonlocal elasticity theory is utilized. In addition, the theory considers both shear deformation and thickness stretching effects by a trigonometric variation of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without considering the shear correction factor. The advantage of this theory is that, in addition to considering the small scale and thickness stretching effects (${\varepsilon}_z{\neq}0$), the displacement field is modelled with only 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT). Analytical solutions for vibration of simply supported micro/nanoscale plates are illustrated, and the computed results are compared with the available solutions in the literature and finite element model using ABAQUS software package. The influences of the nonlocal parameter, shear deformation and thickness stretching on the vibration behaviors of the micro/nanoscale plates are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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