The axially moving thin beam-plates exposed to sudden thermal loadings may experience severe vibrations through the thermal shock process. For accurate prediction of the thermal shock-induced vibrations, this paper develops a spectral element model for axially moving thermoelastic beam-plates. The spectral element model which is represented by spectral element matrix is formulated from the frequency-dependent dynamic shape functions which satisfy the governing equations in the frequency-domain. Thus, when compared with the classical finite element model in which simple polynomial functions are used as the shape functions, the spectral element model can provide exact solution by treating a whole uniform structure member as a single finite element, regardless of its length.
In the surface grinding operations, the grinding fluid cannot be supplied sufficiently in the cutting zone. Temperature generated in the cutting zone increases rapidly and causes thermal damage such as burning on the surface of a workpiece. To reduce thermal damage, the intermittent grinding wheels, which have an excellent cooling effect, have been applied. This paper describes machining characteristics by using intermittent grinding wheels. The grinding force of the intermittent wheels has been simulated by the SIMULAB, which is a program for simulating dynamic systems. Using the intermittent grinding wheels, the characteristics of grinding force, temperature, surface roughness, and geometric error have been evaluated experimently.
The results from a systematic study of the response of a Ti-6Al-4V alloy under quasi-static and dynamic loading at different strain rates and temperatures are presented. It has been shown that the work-hardening rate decreased as the strain rate and the strain increased. The correlations and predictions using modified KHL (Khan-Huang-Liang) viscoplastic constitutive model are compared with those from JC (Johnson-Cook) model and experimental observations. Overall, KHL model correlations and predictions compared much more favorably than the corresponding JC model predictions and correlations.
Kunbar, Laith A. Hassan;Alkadhimi, Basim Mohamed;Radhi, Hussein Sultan;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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제8권4호
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pp.259-274
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2019
Flexoelectric effect has a major role on mechanical responses of piezoelectric materials when their dimensions become submicron. Applying differential quadrature (DQ) method, the present article studies dynamic characteristics of a small scale beam made of piezoelectric material considering flexoelectric effect. In order to capture scale-dependency of such piezoelectric beams, nonlocal elasticity theory is utilized and also surface effects are included for better structural modeling. Governing equations have been derived by utilizing Hamilton's rule with the assumption that the scale-dependent beam is subjected to thermal environment leading to uniform temperature variation across the thickness. Obtained results based on DQ method are in good agreement with previous data on pizo-flexoelectric beams. Finally, it would be indicated that dynamic response characteristics and vibration frequencies of the nano-size beam depends on the existence of flexoelectric influence and the magnitude of scale factors.
Han River is a complex water system consisting of many lakes. The water quality of Lake Paldang is significantly affected by incoming flows, which are the South and North branches of the Han River, and the Kyungan Stream. In order to manage the water quality of the Lake Paldang, we should consider the entire water body where the incoming flows are included. The objectives of this study are to develop an integrated river and lake modeling system for Han River system using a multidimensional dynamic model and evaluate the model's performance against field measurement data. The integrated model was calibrated and verified using field measurement data obtained in 2007 and 2008. The model showed satisfactory performance in predicting temporal variations of water level, flow rate and temperature. The Root Mean Square Error (RMSE) for water temperature simulation were $0.88{\sim}2.13^{\circ}C$ (calibration period) and $1.05{\sim}2.00^{\circ}C$ (verification period) respectively. And Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) for water temperature simulation were 1089~0.98 (calibration period) and 0.90~0.98 (verification period). Utilizing the validated model, we analyzed the spatial and temporal distributions of temperature within Han River system. The variations of temperature along the river reaches and vertical thermal profiles for each lakes were effectively simulated with developed model. The suggested modeling system can be effectively used for integrated water quality management of water system consisting of many rivers and lakes.
High temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) has been regarded as a promising clean energy sources. In this study, a quasi-three-dimensional dynamic model of HT-PEMFC has been developed and the local dynamic characteristics are investigated. The model has the geometrical simplification of 2+1D reduction (quasi-3D). The one-dimensional model consists of nine control volumes in cross-sectional direction to solve the energy conservation and the species conservation equations. Then, the one-dimensional model is discretized into 25 local sections along the gas flow direction to account for gas and thermal transport in channels. With this discretization, the local characteristics of HT-PEMFC such as species conservation, temperature, and current density can be captured. In order to study the basic characteristics of HT-PEMFC, it is important to investigate the local dynamic characteristics. Thus, the model is simulated at various operating conditions and the local dynamic characteristics related to them are observed. The model is useful to investigate the distribution of HT-PEMFC characteristics and the physical phenomena in HT-PEMFC.
For a conventional natural-circulation type solar water heater, the pressure head is limited by the height between the storage tank and hot water tap. Therefore, it is difficult to provide sufficient hot water flow rate for general usage. This study deals with a design modification of the storage tank to utilize the tap-water pressure to increase hot-water supply Based on fluid dynamic and heat transfer theories, a series of modeling and simulation is conducted to achieve practical design requirements. An experimental setup is built and tested and the results are compared with theoretical simulation model. The storage tank capacity is 240 l and the outer diameter of piping was 15 mm. Number of tube turns tested are 5, 10, and 15. Starting with initial storage tank temperature of $80^{\circ}C$, the temperature variation of the supply hot water is investigated against time, while maintaining minimum flow rate of 10 1/min. Typical results show that the hot water supply of minimum $30^{\circ}C$ can be maintained for 34 min with tap-water supply pressure of 2.5 atm, The relative errors between modeling and experiments coincide well within 10% in most cases.
The forging process design and microstructure evolution for gas turbine disk of a Waspaloy is investigated in this study. Parameters related to deformation are die and preform geometry, and forging temperature of die and workpiece. Die and preform design are considered to reduce the forging load, and to avoid the forging defects. Blocker and finisher dies for multistage forging are designed and the initial billet geometry is determined. The control of hot forging parameters such as strain, strain rate and temperature also is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. The dynamic recrystallization evolution has been studied in the temperature range 900-$1200^{\circ}C$ and strain rate range 0.01-1.0s-1 using hot compression tests. Modeling equations are required represent the flow curve, recrystallized grain size, recrystallized volume fraction by various tests. In this study, we used to thermo-viscoplastic finite element modeling equation of DEFORM-2D to predict the microstructure change evolution during thermo-mechanical processing. The microstructure is updated during the entire thermal and deformation processes in forging.
In general, TVC(Thermal Vapor Compressor) is used to boost/compress a low pressure vapor to a higher pressure for further utilization. The one-dimensional method is simple and reasonably accurate, but cannot realize the detail as like the back flow and recirculation in the mixing chamber, viscous shear effect, and etc. In this study, the axisymmetric How simulations have been performed to reveal the detailed flow characteristics for the various ejector shapes. The Navier-Stokes and energy equations are solved together with the continuity equation In the compressible flow fields. The standard $k-{\epsilon}$ model is selected for the turbulence modeling. The commercial computational fluid dynamic code FLUENT software is used for the simulation. The results contain the entrainment ratio under the various motive, suction and discharge pressure conditions. The numerical results are compared with the experimental data, and the comparison shows the good agreement. The three different flow regimes (double chocking, single chocking and back flow) have been clearly distinguished according to each boundary pressure values. Also the effects of the various shape variables (nozzle position, nozzle outlet diameter, mixing tube diameter, mixing tube converging angle, and etc.) are quantitatively discussed.
Membrane distillation (MD), which can utilize low-grade thermal energy, has been extensively studied for desalination. By incorporating solar thermal energy, the solar membrane distillation desalination system (SMDDS) is a potential technology for resolving the energy and water resource problems. Small-scale SMDDS (s-SMDDS) is an attractive and viable option for the production of fresh water for small communities in remote arid areas. The minimum-cost design and operation of s-SMDDS are determined by a systematic method, which involves a pseudo steady state approach for equipment sizing and the dynamic optimization using overall system mathematical models. The s-SMDDS employing three MD configurations, including the air gap (AGMD), direct contact (DCMD) and vacuum (VMD) types, are optimized. The membrane area of each system is $11.5m^2$. The AGMD system operated for 500 kg/day water production rate gives the lowest unit cost of $5.92/m^3$. The performance ratio and recovery ratio are 0.85 and 4.07%, respectively. For the commercial membrane employed in this study, the increase of membrane mass transfer coefficient up to two times is beneficial for cost reduction and the reduction of membrane heat transfer coefficient only affects the cost of the DCMD system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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