Song, Gee Wook;Choi, Woo Sung;Kim, Wanjae;Jung, Nam Gun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1153-1157
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2013
A steam turbine blade is one of the core parts in a power plant. It transforms steam energy into mechanical energy. It is installed on the rim of a rotor disk. Many failure cases have been reported at the final stage blades of a low-pressure (LP) turbine that is cyclically loaded by centrifugal force because of the repeated startups of the turbine. Therefore, to ensure the safety of an LP steam turbine blade, it is necessary to investigate the fatigue strength and life. In this study, the low cycle fatigue life of an LP steam turbine blade is evaluated based on actual damage analysis. To determine the crack initiation life of the final stage of a steam turbine, Neuber's rule is applied to elastic stresses by the finite element method to calculate the true strain amplitude. It is observed that the expected life and actual number of starts/stops of the blade were well matched.
Bumrungpetch, Jeerasit;Tan, Andy Chit;Liu, Shu-Hong;Luo, Xian-Wu;Wu, Qing-Yu;Yuan, Jian-Ping;Zhang, Ming-Kui
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.1
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pp.34-41
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2014
Computational fluid dynamics (CFD) and particle image velocimetry (PIV) are commonly used techniques to evaluate the flow characteristics in the development stage of blood pumps. CFD technique allows rapid change to pump parameters to optimize the pump performance without having to construct a costly prototype model. These techniques are used in the construction of a bi-ventricular assist device (BVAD) which combines the functions of LVAD and RVAD in a compact unit. The BVAD construction consists of two separate chambers with similar impellers, volutes, inlet and output sections. To achieve the required flow characteristics of an average flow rate of 5 l/min and different pressure heads (left - 100mmHg and right - 20mmHg), the impellers were set at different rotating speeds. From the CFD results, a six-blade impeller design was adopted for the development of the BVAD. It was also observed that the fluid can flow smoothly through the pump with minimum shear stress and area of stagnation which are related to haemolysis and thrombosis. Based on the compatible Reynolds number the flow through the model was calculated for the left and the right pumps. As it was not possible to have both the left and right chambers in the experimental model, the left and right pumps were tested separately.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.203-209
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2012
In this paper, cross-sectional stiffnesses, static stresses, and dynamic natural frequencies are analyzed to examine the structural performance of wind turbine composite blades. The material properties of composite materials are based on room-temperature and radiation curing processes. The cross-sectional stiffnesses of composite blades are calculated by applying a beam theory with solid-profile cross sections. The wind turbine blades are modeled with a finite element program, and static analyses are carried out to check the maximum displacement and stress of the blades. In addition, dynamic analyses are performed to predict the rotating natural frequencies of the composite blades including the effects of centrifugal force. By comparing these analysis results, mainly owing to the material properties of composite materials, an improvement in the structural performance of the blades according to the curing process is investigated.
A multi-objective optimization of a regenerative fan for enhancing the aerodynamic and aeroacoustic performance was carried out using an integrated fan design system, namely, Total FAN-Regen$^{(R)}$. The Total FAN-Regen$^{(R)}$ was developed for non-specialists to carry out a series of design process, viz., computational preliminary design, three-dimensional aerodynamic and aeroacoustic analyses, and design optimization, for a regenerative fan. An aerodynamic analysis of the regenerative fan was conducted by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations using the shear stress transport turbulence model. And, an aeroacoustic analysis of the regenerative fan was implemented in a finite/infinite element method by solving the variational formulation of Lighthill's analogy based on the results of the unsteady flow analysis. An optimum shape obtained by Total FAN-Regen$^{(R)}$ shows the enhanced efficiency and decreased sound pressure level as much as 1.5 % and 20.0 dB, respectively, compared to those of the reference design. The performance test was carried out for an optimized regenerative fan to validate the performance of the numerically predicted optimal design.
Kim, Jae Hyun;Kim, Dong Joon;Kim, Dong Soo;Choo, Yun Wook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.2
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pp.631-642
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2013
The standard CPT(Cone Penetration Test), which can be easily performed to investigate in-situ soil engineering properties, has been widely used. CPT are also widely being utilized in centrifuge model tests. In this study, a miniature cone with 10mm diameter was developed and its applicability in the centrifuge was evaluated. The developed miniature cone was equipped with a four degree-of-freedom in-flight robot. A series of cone penetration tests was performed under four centrifuge acceleration levels. As results, the cone resistances measured at the same confining stress within shallow penetration depth were affected by the centrifugal accelerations. The critical depth was proportional to the cone diameter and relative density. Cone resistances results below the critical depth and soil parameters obtained from the laboratory tests were compared with those by previously proposed empirical relations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.8
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pp.783-789
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2012
In this study, turbulent flow and heat transfer characteristics in a helically coiled tube have been numerically investigated. Helically coiled tubes are commonly used in heat exchange systems to enhance the heat transfer rate. Accordingly, they have been widely studied experimentally; however, most studies have focused on the pressure drop and heat transfer correlations. The centrifugal force caused by a helical tube increases the wall shear stress and heat transfer rate on the outer side of the helical tube while decreasing those on the inner side of the tube. Therefore, this study quantitatively shows the variation of the local Nusselt number and friction factor along the circumference at the wall of a helical tube by varying the coil diameter and Reynolds number. It is seen that the local heat transfer rate and wall shear stress greatly decrease near the inner side of the tube, which can affect the safety of the tube materials. Moreover, this study verifies the previous experimental correlations for the friction factor and Nusselt number, and it shows that the correlation between the two in a straight tube can be applied to a helical tube. It is expected that the results of this study can be used as important data for the safety evaluation of heat exchangers and steam generators.
Eckert, Jurgen;Bartusch, Birgit;Schurack, Frank;He, Guo;Schultz, Ludwig
Journal of Powder Materials
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v.9
no.6
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pp.394-408
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2002
Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.
;Dentistry has benefited from tremendous advances in technology with the introduction of new techniques and materials, and patients are aware that esthetic approaches in dentistry can change one's appearance. Increasingly. tooth-colored restorative materials have been used for restoration of posterior teeth. Tooth-colored restoration for posterior teeth can be divided into three categories: 1) the direct techniques that can be made in a single appointment and are an intraoral procedure utilizing composites: 2) the semidirect techniques that require both an intraoral and an extraoral procedure and are luted chairside utilizing composites: and 3) the indirect techniques that require several appointments and the expertise of a dental technician working with either composites or ceramics. But, resin restoration has inherent drawbacks of microleakage. polymerization shrinkage, thermal cycling problems. and wear in stress-bearing areas. On the other hand, Ceramic restorations have many advantages over resin restorations. Ceramic inlays are reported to have less leakage than resin restoration and to fit better. although marginal fidelity depends on technique and is laboratory dependent. Adhesion of luting resin is more reliable and durable to etched ceramic material than to treated resin composite. In view of color matching, periodontal health. resistance to abrasion, ceramic restoration is superior to resin restorationl. Materials which have been used for the fabrication of ceramic restorations are various. Conventional powder slurry ceramics are also available. Castable ceramics are produced by centrifugal casting of heat-treated glass ceramics. and machinable ceramics are feldspathic porcelains or cast glass ceramics which are milled using a CAD/CAM apparatus to produce inlays (for example, Cered. They may also be copy milled using the Celay apparatus. Pressable ceramics are produced from feldspathic porcelain which is supplied in ingot form and heated and moulded under pressure to produce a restoration. Infiltrated ceramics are another class of material which are available for use as ceramic inlays. An example is $In-Ceram^{\circledR}$(Vident. California, USA) which consists of a porous aluminum oxide or spinell core infiltrated with glass and subsequently veneered with feldspathic porcelain. In the 1980s. the development of compatible refractory materials made fabrication easier. and the development of adhesive resin cements greatly improved clinical success rates. This case report presents esthetic ceramic inlays for posterior teeth.teeth.
In this study, verification of the nonlinear effective stress analysis is performed for introducing performance based earthquake resistance design of port and harbor structures. Seismic response of gravitational caisson quay wall in numerical analysis is compared directly with dynamic centrifuge test results in prototype scale. Inside of the rigid box, model of the gravitational quay wall is placed above the saturated sand layer which can show the increase of excess pore water pressure. The model represents caisson quay wall with a height of 10 m, width of 6 m under centrifugal acceleration of 60 g. The numerical model is made in the same dimension with the prototype scale of the test in two dimensional plane strain condition. Byrne's liquefaction model is adopted together with a nonlinear constitutive model. Interface element is used for sliding and tensional separation between quay wall and the adjacent soils. Verification results show good agreement for permanent displacement of the quay wall, horizontal acceleration at quay wall and soil layer, and excess pore water pressure increment beneath the quay wall foundation.
This study selected the indexes for evaluating the damage of the railway embankments due to liquefaction from the earthquake damage cases of railway embankments. The study correlated the selected indexes and the settlement of the embankment crest from the dynamic numerical analysis. Further, the correlation was used to develop a method for evaluating the liquefaction damage to the railway embankment. The damage cases and damage types were analyzed, and referring to the liquefaction damage assessment method for other structures, the embankment height (H), the non-liquefiable layer thickness (H1), and the liquefaction potential index were selected as indexes for evaluating the damage. The study performed dynamic effective stress analyses on the railway embankment, and the PM4-Sand model was applied as the constitutive liquefaction model for the embankment foundation ground. The model's validity was first verified by comparing it with the existing dynamic centrifugal model test results performed on the railway embankment. Nine sites where the foundation ground can be liquefied were selected from the data of 549 embankments of the Honam High-speed Railway in Korea. Further, dynamic numerical analyses using four seismic waves as input earthquake load were performed for the selected site sections. The numerical analysis results confirmed the correlation between the evaluation indexes and the embankment crest settlement. A method for efficiently evaluating the damage to the embankment due to liquefaction was proposed using the chart obtained from this correlation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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