A multiscale modeling scheme that addresses the influence of the nanoparticle size in nanocomposites consisting of nano-sized spherical particles embedded in a polymer matrix is presented. A micromechanics-based constitutive model for nanoparticle-reinforced polymer composites is derived by incorporating the Eshelby tensor considering the interface effects (Duan et al. 2005a) into the ensemble-volume average method (Ju and Chen 1994). A numerical investigation is carried out to validate the proposed micromechanics-based constitutive model, and a parametric study on the interface moduli is conducted to investigate the effect of interface moduli on the overall behavior of the composites. In addition, molecular dynamics (MD) simulations are performed to determine the mechanical properties of the nanoparticles and polymer. Finally, the overall elastic moduli of the nanoparticle-reinforced polymer composites are estimated using the proposed multiscale approach combining the ensemble-volume average method and the MD simulation. The predictive capability of the proposed multiscale approach has been demonstrated through the multiscale numerical simulations.
Wang, Yang;Shi, Chang-zheng;Wu, He-gao;Zhang, Qi-ling;Su, Kai
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.6
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pp.1085-1105
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2016
The drainage problem in bifurcations causes pecuniary losses when hydropower stations are undergoing periodic overhaul. A new design philosophy for Y-typed bifurcations that are flat-bottomed is proposed. The bottoms of all pipe sections are located at the same level, making drainage due to gravity possible and shortening the draining time. All fundamental curves were determined, and contrastive analysis with a crescent-rib reinforced bifurcation in an actual project was conducted. Feasibility demonstrations were researched including structural characteristics based on finite element modeling and hydraulic characteristics based on computational fluid dynamics. The new bifurcation provided a well-balanced shape and reasonable stress state. It did not worsen the flow characteristics, and the head loss was considered acceptable. The proposed Y-typed bifurcation was shown to be suitable for pumped storage power stations.
A numerical study was conducted to identify the predictive performance for the bare-bead thermocouple (TC) using FDS (Fire Dynamics Simulator) in simulated thermal environments of fire. A relative prediction bias of TC temperature calculated from reverse-radiation correction by FDS was evaluated with the comparison of previous experimental data. As a result, it was identified that the TC temperatures predicted by FDS were lower than the temperatures measured by bare-bead TC for the ranges of heat flux and gas temperature considered. The relative prediction bias of TC temperature by FDS was gradually increased with the increase in radiative heat flux and also significantly increased with the decrease in the gas temperature. Quantitatively, at the gas temperature of $20^{\circ}C$, the TC temperature predicted by FDS had the relative bias of approximately -20% with the radiative heat flux of $20kW/m^2$ corresponding to thermal radiation level of the flashover. It is predicted from the present study that more accurate validation of fire modeling will be possible with the quantitative prediction bias occurred in the process of reverse-radiation correction of temperature predicted by FDS.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.23
no.11
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pp.9-21
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2009
This paper proposes the alternative observer and controller design scheme based on T-S fuzzy model. Nonlinear systems are represented by fuzzy models since fuzzy logic systems are universal approximators. In order to estimate the unmeasurable states of a given unknown nonlinear system, T-S fuzzy modeling method is applied to get the dynamics of an observation system. T-S fuzzy system uses the linear combination of the input state variables and the modeling applications of them to various kinds of nonlinear systems can be found. The proposed indirect adaptive fuzzy observer based on T-S fuzzy model can cope with not only unknown states but also unknown parameters. The proposed controller is based on a simple output feedback method. Therefore, it solves the singularity problem, without any additional algorithm, which occurs in the inverse dynamics based on the feedback linearization method. The adaptive fuzzy scheme estimates the parameters and the feedback gain comprising the fuzzy model representing the observation system. In the process of deriving adaptive law, the Lyapunov theory and Lipchitz condition are used. To show the performance of the proposed observer and controller, they are applied to an inverted pendulum on a cart.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.5
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pp.363-373
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2014
In this study, computational multi-body dynamic analyses for the drivetrain system of a 5 MW class offshore wind turbine have been conducted using efficient equivalent modeling technique based on the design guideline of GL 2010. The present drivetrain system is originally modeled and its related system data is adopted from the NREL 5 MW wind turbine model. Efficient computational method for the drivetrain system dynamics is proposed based on an international guideline for the certification of wind turbine. Structural dynamic behaviors of drivetrain system with blade, hub, shaft, gearbox, supports, brake disk, coupling, and electric generator have been analyzed and the results for natural frequency and equivalent torsional stiffness of the drivetrain system are presented in detail. It is finally shown that the present multi-body dynamic analysis method gives good agreement with the previous results of the 5 MW class wind turbine system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.5
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pp.137-146
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2001
A robust controller with the sliding mode is proposed for stable dynamic walking of the biped robot in this paper. For the robot system to be controlled, which is modeled as 14 DOF rigid bodies by the method of multi-body dynamics, the joint angle trajectories are determined by the velocity transformation matrix. Also Hertz force model and Hysteresis damping element are utilized for the ground reaction and impact forces during the contact with the ground. The biped robot system becomes unstable since those forces contain highly confused noise components and some discontinuity, and modeling uncertainties such as parameter inaccuracies. The sliding mode control is applied to solve above problems. Under the assumption of the bounded estimation errors on the unknown parameters, the proposed controller provides a successful way to achieve the stability and good performance in spite of the presence of modeling imprecisions of uncertainties.
This study is related with the fire risk assessment for fire area at nuclear power plant by use of FDS (Fire Dynamics Simulator) that is a computational fluid dynamics (CFD) model of fire-driven fluid flow. The major purpose of this research is to analyze the sensitivity of the fire modeling when the heat release rate that is an important input variable is changed as well as when the grid size that is a critical factor of the fire model is modified. The result is presented at the conclusion with some comments for CFD model application.
To efficiently demonstrate the molecular motion, physical properties, and mechanical properties of polycarbonates, we studied the differences between bisphenol-A polycarbonate(BPA-PC) and tetramethyl bisphenol-A-polycarbonate(TMBPA-PC) using molecular modeling techniques. To investigate the conformations of BPA-PC and TMBPA-PC and the effect of the conformation on mechanical properties, we performed conformational energy calculation, molecular dynamics calculation, and stress-strain curves based on molecular mechanics method. From the result obtained from conformational energy calculations of each segment, the molecular motions of the carbonate and the phenylene group in BPA-PC were seen to be more vigorous and have lower restriction to mobility than those in TMBPA-PC, respectively. In addition, from the results of radial distribution function, velocity autocorrelation function, and power spectrum, BPA-PC appeared to have higher diffusion constant than TMBPA-PC and is easier to have various conformations because of the less severe restrictions in molecular motion. The result of stress-strain calculation for TMBPA-PC seemed to be in accordance with the experimental value of strain-to-failure ∼4%. From these results of conformational energy calculations of segments, molecular dynamics, and mechanical properties, it can be concluded that TMBPA-PC has higher modulus and brittleness than BPA-PC because the former has no efficient relaxation mode against the external deformations.
Using micromagnetic simulation, we investigated the effect of thickness of a nanodisk on a resonance frequency of vortex gyration. We observed that the resonance frequency increases with increasing thickness in both cases of 2-dimensional (2D) and 3-dimensional (3D) calculation. However, there is a difference in the increasing rate of resonance frequency between 2D and 3D modeling owing to dynamically developed inhomogeneous magnetic texture along the thickness direction of disk in 3D modeling.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.3
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pp.303-312
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2009
Recently, requests for the accurate process planning using modeling and simulation technique are increasing in many engineering fields including shipbuilding industry. In this study, Combined DEVS(Discrete EVent System specification) and DTSS(Discrete Time System Specification) simulation kernel is developed, and an integration strategy of dynamics simulation module and graphics module is also implemented. To evaluate the efficiency and applicability of the simulation kernel and integration strategy, these are applied to the block erection simulation of offshore structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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