Park Sunghan;Lee Sangyeon;Park Jongkyoo;Kim Wonhoon;Moon Soonil
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.99-105
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2005
To evaluate structural safety factor of the jet vane for the thrust deflection system under the dynamic pressure and very high temperature($2700^{\circ}C$) of the combustion gas flow, the high temperature tension tests of refractory metals and 3-D nonlinear numerical simulations are performed. Through the analysis of high temperature structural behavior for jet vane, the structural safety of jet vane is evaluated, and numerical results are compared with static pound tests of jet vanes. It has been found that most of structural and thermal loading is concentrated on the vane shaft which worked as safe under $1400^{\circ}C$. From the comparison of static ground tests and numerical results, the evaluation criterion using the vane load and shaft displacement is more useful to estimate the structural safety than using the equivalent stress.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.3
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pp.895-906
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2014
A fundamental study of the dynamically penetrating anchor (DPA - colloquially known as torpedo anchor) embedded into deep seabed was conducted using measurement data and numerical approaches. Numerical simulation of such a structure penetration was often suffered by severe mesh distortion arising from very large soil deformation, complex contact condition and nonlinear soil behavior. In recent years, a Coupled Eulerian-Lagrangian method (CEL) has been used to solve geomechanical boundary value problems involving large deformations. In this study, 3D finite element analyses using the CEL formulation are carried out to simulate the construction process of dynamic anchors. Through comparisons with results of field measurements, the CEL method in the present study is in good agreement with the general trend observed by in-situ measurements and thus, predicts a realistic large deformation movement for the dynamic anchors by free-fall dropping, which the conventional FE method cannot. Additionally, the appropriate parametric studies needed for verifying the characteristic of dynamic anchor are also discussed.
The asphalt-concrete trackbed system has many advantages in terms of maintenance and economics. However, methods to investigate practical use corresponding to the development of the trackbed system must be developed. The primary objective of this study was to evaluate the dynamic performance of the asphalt system in accordance with both the elastic and viscoelastic material characteristics and design thickness of the asphalt trackbed. More specifically, in order to reduce the uncertainty error of the Finite Element(FE) model, a three-dimensional full scale FE model was developed and then the infinite foundation model was considered. Finally, to compare the condition of viscoelastic materials, performance evaluation of the asphalt-concrete trackbed system was used to deal with the dynamic amplification factors; numerical results using isotropic-elastic materials in the FE analysis are presented.
Moshari, Shahab;Nikseresht, Amir Hossein;Mehryar, Reza
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.219-235
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2014
With the development of the technology of underwater moving bodies, the need for developing the knowledge of surface effect interaction of free surface and underwater moving bodies is increased. Hence, the two-phase flow is a subject which is interesting for many researchers all around the world. In this paper, the non-linear free surface deformations which occur during the water-exit of a circular cylinder due to its buoyancy are solved using finite volume discretization based code, and using Volume of Fluid (VOF) scheme for solving two phase flow. Dynamic mesh model is used to simulate dynamic motion of the cylinder. In addition, the effect of cylinder mass in presence of an external force is studied. Moreover, the oblique exit and entry of a circular cylinder with two exit angles is simulated. At last, water-exit of a circular cylinder in six degrees of freedom is simulated in 3D using parallel processing. The simulation errors of present work (using VOF method) for maximum velocity and height of a circular cylinder are less than the corresponding errors of level set method reported by previous researchers. Oblique exit shows interesting results; formation of waves caused by exit of the cylinder, wave motion in horizontal direction and the air trapped between the waves are observable. In 3D simulation the visualization of water motion on the top surface of the cylinder and the free surface breaking on the front and back faces of the 3D cylinder at the exit phase are observed which cannot be seen in 2D simulation. Comparing the results, 3D simulation shows better agreement with experimental data, specially in the maximum height position of the cylinder.
The global performance of the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves was numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled and time-domain dynamic analysis program FAST-CHARM3D. There have been many papers regarding floating offshore wind turbines but the effects of second-order wave-body interactions on their global performance have rarely been studied. The second-order wave forces are actually small compared to the first-order wave forces, but its effect cannot be ignored when the natural frequencies of a floating system are outside the wave-frequency range. In the case of semi-submersible platform, second-order difference-frequency wave-diffraction forces and moments become important since surge/sway and pitch/roll natural frequencies are lower than those of typical incident waves. The computational effort related to the full second-order diffraction calculation is typically very heavy, so in many cases, the simplified approach called Newman's approximation or first-order-wave-force-only are used. However, it needs to be justified against more complete solutions with full QTF (quadratic transfer function), which is a main subject of the present study. The numerically simulated results for the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model test results by Technip/NREL/UMaine. The predicted motions and mooring tensions for two white-noise input-wave spectra agree well against the measure values. In this paper, the numerical static-offset and free-decay tests are also conducted to verify the system stiffness, damping, and natural frequencies against the experimental results. They also agree well to verify that the dynamic system modeling is correct to the details. The performance of the simplified approaches instead of using the full QTF are also tested.
An original quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for simply supported functionally graded plates is proposed in this work. The theory considers both shear deformation and thickness-stretching influences by a hyperbolic distribution of all displacements within the thickness, and respects the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate without using any shear correction coefficient. By expressing the shear parts of the in-plane displacements with the integral term, the number of unknowns and equations of motion of the proposed theory is reduced to four as against five in the first shear deformation theory (FSDT) and common quasi-3D theories. Equations of motion are obtained from the Hamilton principle. Analytical solutions for dynamic problems are determined for simply supported plates. Numerical results are presented to check the accuracy of the proposed theory.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.3
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pp.59-63
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2008
A static load analysis of twin-screw kneaders is required not only for the dynamic analysis, but also because it is the basis of the stiffness and strength calculations that are essential for the design of bearings. In this paper, the static loads of twin-screw kneaders are analyzed, and a mathematical model of the force and torque moments is presented using a numerical integration method based on differential geometry theory. The calculations of the force and torque moments of the twin-screw kneader are given. The results show that the $M_x$ and $M_y$ components of the fluid resistance torque of the rotors change periodically in each rotation cycle, but the $M_z$ component remains constant. The axis forces $F_z$ in the female and male rotors are also constant. The static load calculated by the proposed method tends to be conservative compared to traditional methods. The proposed method not only meets the static load analysis requirements for twin-screw kneaders, but can also be used as a static load analysis method for screw pumps and screw compressors.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.617-635
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2020
The purpose of this study is to discuss how to improve the maneuverability of lifting and diving for underwater vehicle's vertical motion. Therefore, to solve these problems, applied the 3-D numerical simulation, Taguchi's Design of Experiment (DOE), and intelligent parameter design methods, etc. We planned four steps as follows: firstly, we applied the 2-D flow simulation with NACA series, and then through the Taguchi's dynamic method to analyze the sensitivity (β). Secondly, take the data of pitching torque and total resistance from the Taguchi orthogonal array (L9), the ignal-to-noise ratio (SNR), and analysis each factorial contribution by ANOVA. Thirdly, used Radial Basis Function Network (RBFN) method to train the non-linear meta-modeling and found out the best factorial combination by Particle Swarm Optimization (PSO) and Weighted Percentage Reduction of Quality Loss (WPRQL). Finally, the application of the above methods gives the global optimum for multi-quality characteristics and the robust design configuration, including L/D is 9.4:1, the foreplane on the hull (Bow-2), and position of the sail is 0.25 Ls from the bow. The result shows that the total quality is improved by 86.03% in comparison with the original design.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.352-359
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2010
In recent years, the market has shown increasing interest in pump-turbines. The prompt availability of pumped storage plants and the benefits to the power system achieved by peak lopping, providing reserve capacity, and rapid response in frequency control are providing a growing advantage. In this context, there is a need to develop pumpturbines that can reliably withstand dynamic operation modes, fast changes of discharge rate by adjusting the variable diffuser vanes, as well as fast changes from pumping to turbine operation. In the first part of the present study, various flow patterns linked to operation of a pump-turbine system are discussed. In this context, pump and turbine modes are presented separately and different load cases are shown in each operating mode. In order to create modern, competitive pump-turbine designs, this study further explains what design challenges should be considered in defining the geometry of a pump-turbine impeller. The second part of the paper describes an innovative, staggered approach to impeller development, applied to a low head pump-turbine project. The first level of the process consists of optimization strategies based on evolutionary algorithms together with 3D in-viscid flow analysis. In the next stage, the hydraulic behavior of both pump mode and turbine mode is evaluated by solving the full 3D Navier-Stokes equations in combination with a robust turbulence model. Finally, the progress in hydraulic design is demonstrated by model test results that show a significant improvement in hydraulic performance compared to an existing reference design.
Sadoun, Mohamed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bakora, Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.2
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pp.141-150
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2018
In this current work a quasi 3D "trigonometric shear deformation theory" is proposed and discussed for the dynamic of thick orthotropic plates. Contrary to the classical "higher order shear deformation theories" (HSDT) and the "first shear deformation theory" (FSDT), the constructed theory utilizes a new displacement field which includes "undetermined integral terms" and presents only three "variables". In this model the axial displacement utilizes sinusoidal mathematical function in terms of z coordinate to introduce the shear strain impact. The cosine mathematical function in terms of z coordinate is employed in vertical displacement to introduce the impact of transverse "normal deformation". The motion equations of the model are found via the concept of virtual work. Numerical results found for frequency of "flexural mode", mode of shear and mode of thickness stretch impact of dynamic of simply supported "orthotropic" structures are compared and verified with those of other HSDTs and method of elasticity wherever considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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