Organic solar cells utilized natural polymers to convert solar energy to electricity. The demands for green energy production and less disposal of toxic materials make them one of the interesting candidates for replacing conventional solar cells. However, the different aspects of their properties including mechanical strength and stability are not well recognized. Therefore, in the present study, we aim to explore the chaotic responses of these organic solar cells. In doing so, a specific type of organic solar cell constructed from layers of material with different thicknesses is considered to obtain vibrational and chaotic responses under different boundaries and initial conditions. A square plate structure is examined with first-order shear deformation theory to acquire the displacement field in the laminated structure. The bounding between different layers is considered to be perfect with no sliding and separation. On the other hand, nonlocal elasticity theory is engaged in incorporating the structural effects of the organic material into calculations. Hamilton's principle is adopted to obtain governing equations with regard to boundary conditions and mechanical loadings. The extracted equations of motion were solved using the perturbation method and differential quadrature approach. The results demonstrated the significant effect of relative glass layer thickness on the chaotic behavior of the structure with higher relative thickness leading to less chaotic responses. Moreover, a comprehensive parameter study is presented to examine the effects of nonlocality and relative thicknesses on the natural frequency of square organic solar cell structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.3
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pp.309-316
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2011
Canoes are usually made from wood or FRP. However, today environment-friendly materials are preferred, and hulls made of FRP are prohibited in some countries. Polyethylene can be recycled and so is suitable for synthetic canoe construction. We used 3D Boat-Design to determine the hydrostatic properties of the canoe. Flow-structure coupled analysis was performed using ANSYS Workbench R12.1. The hull pressure and passenger weight were considered as canoe loading factors. The key parameters for the canoe are the design variables. The constraints are as follows: (1) The maximum stress must not exceed 50% of the polyethylene yield stress; and (2) the canoe weight must not exceed 50 kg. The optimal structural conditions were obtained by the response optimization process. The components of the canoe hull were manufactured from polyethylene pipes and joined by thermal fusion methods. Tests showed that the polyethylene canoe had better performance than existing canoes.
Eom, Tae Sung;Park, Hong Gun;Kim, Jin Ho;Chang, In Hwa
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.289-301
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2008
Double skin composite (DSC) wall is a structural wall that is filed with concrete between two steel plate skins connected by tie bars. This type of wall was developed to enhance the structural performance of wall, to reduce wall thickness, and to enhance constructibility, eliminating the use of formwork and re-bars. In this study, cyclic tests were performed to investigate the inelastic behavior and earthquake resistance of isolated and coupled DSC walls with rectangular and T-shapedcross-sections. The DSC walls showed stable cyclic behaviors, exhibiting excellent energy dissipation capacity. The te st specimens failed by the tensile fracture of welded joints at the wall base and coupling beam and by the severe local buckling of the steel plate. The deformation capacity of the walls varied with the connection details at the wall base and their cross-sectional shapes. The specimens with well-detailed connections at the wall base showed relatively god deformation capacity ranging from 2.0% to 3.7% drift ratio. The load-carrying capacities of the isolated and coupled wall specimens were evaluated considering their inelastic behavior. The results were compared with the test results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.10
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pp.915-921
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2017
Recently, studies to reduce vibration and noise of automobiles have been actively conducted. However, previous studies did not concentrate on the optimization of the mount system with passive or active mounts. This study analytically studies an active mounting system with three active structural paths between source and receiver and the feasibility has been verified. Active mounting system has a coupled structure of piezoelectric stack actuators and passive mounts. A dynamic model of the whole system is prepared and the control force and phase of the stack actuators in each path are determined to target full isolation of each path. Its performance on vibration attenuation is investigated and based on it, optimized combinations of passive and active paths for the best attenuation are presented.
Kim, Ki-Du;Suthasupradit, Songsak;Park, Jong-Hwa;Park, Jae-Gyun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.3
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pp.267-274
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2010
Unlike the structure which has a homogeneous material property, a composite structure is coupled with materials which have different properties, namely, steel and concrete. At actual modeling, the real behavior cannot be predicted without consideration of those material characteristics. Therefore, by putting the interface element between concrete and steel, a slip of steel and concrete is made predictable. Interface element can be used properly not by an ordinary constitutive relation, but by a non-linear constitutive relation considering actual adhesion and slip. A contact surface between plate-shape steel box and concrete is described by using this interface element. Furthermore, because the general 8 node conforming element is inappropriate for describing a bending buckling behavior of steel box, the EAS(Enhanced Assumed Strain) solid-shell element is used to describe a bending behavior of plate-shape steel box.
A low computational cost semi-analytical method is developed, based on eigenfunction expansion, to study the vibration of rectangular plates subjected to a series of moving sprung masses, representing a bridge deck under multiple vehicle or train moving loads. The dynamic effects of the suspension system are taken into account by using flexible connections between the moving masses and the base structure. The accuracy of the proposed method in predicting the dynamic response of a rectangular plate subjected to a series of moving sprung masses is demonstrated compared to the conventional rigid moving mass models. It is shown that the proposed method can considerably improve the computational efficiency of the conventional methods by eliminating a large number of time-varying components in the coupled Ordinary Differential Equations (ODEs) matrices. The dynamic behaviour of the system is then investigated by performing a comprehensive parametric study on the Dynamic Amplification Factor (DAF) of the moving loads using different design parameters. The results indicate that ignoring the flexibility of the suspension system in both moving force and moving mass models may lead to substantially underestimated DAF predictions and therefore unsafe design solutions. This highlights the significance of taking into account the stiffness of the suspension system for accurate estimation of the plate maximum dynamic response in practical applications.
Use of axisymmetric shell element for the structure increases the efficiency and accuracy in finite element analysis of the interaction between the ground and the structure. This paper derived the force balance equation and the moment balance equation for an axisymmetric shell element based on Kirchhoff's theory. The governing equation for the axial deformation used the isoparametric shape function in the Galerkin formulation, and the governing equation for the shell bending used the higher-order shape function. The developed axisymmetric shell element was combined with Geo-COUS, a geotechnical finite element program for the coupled analysis with the ground. The accuracy of the developed element was confirmed through the example analyses of the circular plate and the liquid storage tank. And the energy balance equation for the axisymmetric shell element is presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.12
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pp.1738-1746
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2002
In the FSI (Fluid-Structure Interaction) problems, two different governing equations are to be solved together. One is fur the fluid and the other for the structure. Furthermore, a kinematic constraint should be imposed along the boundary between the fluid and the structure. We use the combined formulation, which incorporates both the fluid and structure equations of motion into a single coupled variational equation so that it is not necessary to calculate the fluid force on the surface of structure explicitly when solving the equations of motion of the structure. A two-dimensional channel flow divided by a Bernoulli-Euler beam is considered and the dynamic response of the beam under the influence of channel flow is studied. The Navier-Stokes equations are solved using a P2P1 Galerkin finite element method with ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) algorithm. The internal structural damping effect is not considered in this study and numerical results are compared with a previous work fer steady case. In addition to the Reynolds number, two non-dimensional parameters, which govern this fluid-structure system, are proposed. It is found that the larger the dynamic viscosity and density of the fluid are, the larger the damping of the beam is. Also, the added mass is found to be linearly proportional to the density of the fluid.
This paper proposes a hybrid analytic method for the prediction of vibrational and acoustic responses of reverberant system in the medium-to-high frequency ranges by using the PFA(Power Flow Analysis) algorithm and SEA(Statistical Energy Analysis) coupling concepts. The main part of this method is the application of the coupling loss factor(CLF) of SEA to the boundary condition of PFA in reverberant system. The hybrid method developed shows much more promising results than the conventional SEA and equivalent results to the classical PFA for various damping loss factors in a wide range of frequencies. Additionally, this paper presents applied results of hybrid power flow finite element method(hybrid PFFEM) by formulating the new joint element matrix with CLF to analyze the vibrational responses of built-up structures. Finally, the analytic results of coupled plate structures and an automobile-shaped structure using hybrid PFFEM were predicted successively.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.321-321
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2010
In this paper, we propose a novel type shaft-less ring type ultrasonic motor. A traveling wave rotary type ultrasonic motor is selected as a base model. The newly designed stator has two piezoelectric ceramic rings which are bonded in sandwich shape as traveling wave generator. So, we can expect to produce higher torque. The proposed model has the rotor structure that coupled with the stator provokes the pressure, this model do not install the separate plate any spring device. We used the finite element method to verify the operation principle and to compute the vibration mode of proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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