Lobosco, Raquel J.;da Fonseca, David O.;Jannuzzia, Graziella M.F.;Costa, Necesio G.
Coupled systems mechanics
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제8권4호
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pp.339-350
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2019
A numerical simulation of the incompressible multiphase hydraulic jump flow was performed to compare the interface prediction through the use of the three RANS turbulence models: $k-{\varepsilon}$, $RNGk-{\varepsilon}$ and SST $k-{\omega}$. A three dimensional no submerged hydraulic jump and a two dimensional submerged hydraulic jump were modeled. Both the geometry and the mesh were created using the open source Gmsh code. The project's geometry consists of a rectangular channel with length and height differences between the two dimensional and three dimensional simulations. Uniform hexahedral cells were used for the mesh. Three refining meshes were constructed to allow to verify simulation convergence. The Volume of Fluid (abbr. VOF) method was used for treatment of the air-water surface. The turbulence models were evaluated in three distinct set up configurations to provide a greater accuracy in the flow representation. In the two-dimensional analysis of a submerged hydraulic jump simulation, the turbulence model RNG RNG $k-{\varepsilon}$ provided a better interface adjust with the experimental results than the model $k-{\varepsilon}$ and SST $k-{\omega}$. In the three-dimensional simulation of a no-submerged hydraulic jump the k-# showed better results than the SST $k-{\omega}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ capturing the height and length of the ledge with a better fit with the experimental results.
Knowledge of airflow characteristics in nasal cavities is essential to understand the physiological and pathological aspects of nasal breathing. Several studies have utilized physical models of the healthy nasal cavity to investigate the relationship between nasal anatomy and airflow. In our laboratory, there have been a series of experimental investigations on the nasal airflow in normal, abnormal, and deformed nasal cavity models by PIV under both constant and periodic flow conditions. In this time normal and several deformed nasal cavity models, which simulate surgical operation, Turbinectomy, are investigated numerically by the FVM general purpose code and PIV analysis. The comparisons of these results are appreciated. Dense CT data and careful treatment of model surface under the ENT doctor's advice provide more sophisticated cavity models. The Davis (LaVision Co.) code is used for PIV flow analysis. Average and RMS distributions have been obtained for inspirational and expirational nasal airflows in the normal and deformed nasal cavities.
Glucose oxidase from A. niger was entrapped in polyacrylamide gel which was used in the enzyme electrode for glucose analysis. The electrode was assembled by placing the gel between the membranes on the surface of a Clark type electrode. In order to make it possible to analyze the experimental results later, the stagnation flow was adopted wheree the governing fluid mechanics were well known. The current increased with the increase concentration in the bulk below a certain level of glucose concentration beyond which no more current increase was observed. This is probably due to the diffusion limitation of oxygen from the bulk solution. Also the current increased witll the enzyme loading in the gel, but the linearity between the current and the glucose concentration was rather limited to a narrow range. Flow rate was found to be very important, which means that film diffusion is very important under the flow rate of 5cm/sec. As a conclusion, enzyme loading, gel layer thickness, stirring speed and bulk concentration of glucose were found to be most improtant parameters in yielding a linar current reponse with respect to the bulk glucose concentration.
This paper studies the aerodynamic stability of a tensioned, geometrically nonlinear orthotropic membrane structure with hyperbolic paraboloid in sag direction. Considering flow separation, the wind field around membrane structure is simulated as the superposition of a uniform flow and a continuous vortex layer. By the potential flow theory in fluid mechanics and the thin airfoil theory in aerodynamics, aerodynamic pressure acting on membrane surface can be determined. And based on the large amplitude theory of membrane and D'Alembert's principle, interaction governing equations of wind-structure are established. Then, under the circumstance of single-mode response, the Bubnov-Galerkin approximate method is applied to transform the complicated interaction governing equations into a system of second-order nonlinear differential equation with constant coefficients. Through judging the frequency characteristic of the system characteristic equation, the critical velocity of divergence instability is determined. Different parameter analysis shows that the orthotropy, geometrical nonlinearity and scantling of structure is significant for preventing destructive aerodynamic instability in membrane structures. Compared to the model without considering flow separation, it's basically consistent about the divergence instability regularities in the flow separation model.
Kim, Yiseul;Lee, Jaewook;Liu, Xiaolong;Lee, Boyoung;Chang, Yunlong
Coupled systems mechanics
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제6권2호
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pp.113-125
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2017
This paper proposes the idea to enhance the heat transfer in Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) by using the azimuthal magnetic field. The azimuthal magnetic field generated by the external currents makes the Lorentz force stronger, and consequently improves the heat transfer by the faster flow movement. The enhanced heat transfer might improve the welding performance by increasing the temperature at the workpiece. To validate the proposed idea, a two-dimensional axi-symmetric model of GTAW is built, and the multiphysics simulation of GTAW is carried out. As the analysis result, the distributions of electric current, electromagnetic fields, arc flow velocity, and temperature are investigated. Then, the proposed idea for heat transfer enhancement is validated by comparing the Lorentz force, flow velocity, and temperature distribution with and without azimuthal magnetic fields.
암석의 성인과 변성에 따른 내부구조의 마이크로 특성은 암반의 거동 특성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 암석 내부의 구성물질의 분포 특성을 반영하는 엑스레이 단층(X-ray CT) 이미지에 기초한 새로운 암석특성의 평가방안을 고찰하였다. 암석의 불균질 특성 및 이방성 특성의 정량화, 암석의 구성광물 입자의 크기분포 및 형상특성, 공극이미지를 이용한 유동해석, 암석내부의 노출되지 않은 절리면 거칠기 평가 등 전통적인 암석의 시험법으로 측정하기 어려웠던 중요한 암석의 특성들이 X-ray CT 이미지의 분석을 통하여 평가될 수 있다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권2호
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pp.65-72
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2001
This paper demonstrates an explicit-implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for an existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory. Darcy's law is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full Newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
Organizations such as broadcasting stations and libraries which deal with huge amount of information require high-capacity storage systems for archiving their materials and information. It is necessary and urgent for the storage people to develop a compact, high capacity, and low-cost data storage systems. Even though the Blue-ray technology is commercialized and now it is on the market, demand for the compact and low-cost system is still increasing. A flexible disk system has been introduced recently to satisfy above mentioned requirements. The system uses multiple of thin disks and is expected to achieve technical requirements. However, decreasing the disk thickness makes it difficult to read and write data because it decreases the disk rigidity so that the transverse vibration of the rotating disk increases easily due to both the interaction with surrounding air and the vibration characteristics of thin flexible disk itself. In this study, flat-type stabilizer is proposed to suppress the transverse vibration of a $95{\mu}m$-thick polycarbonate disk. Characteristics of disk vibration have been studied through the results of numerical analysis from the fluid mechanics point of view. Numerical simulation is verified through the experiment by measuring the gap between the rotating disk and the stationary flat stabilizer. The axial deflections of the disk are computed for various rotating speeds and reference gap sizes and then a method of regression is applied to those data. As a result, an empirical relation is proposed for the steady deformation shape of the rotating disk.
This paper addresses two main issues relevant to the structural assessment of buildings subjected to explosions. The first issue regards the robustness evaluation of steel frame structures: a procedure is provided for computing "robustness curves" and it is applied to a 20-storey steel frame building, describing the residual strength of the (blast) damaged structure under different local damage levels. The second issue regards the precise evaluation of blast pressures acting on structural elements using Computational Fluid Dynamic (CFD) techniques. This last aspect is treated with particular reference to gas explosions, focusing on some critical parameters (room congestion, failure of non-structural walls and ignition point location) which influence the development of the explosion. From the analyses, it can be deduced that, at least for the examined cases, the obtained robustness curves provide a suitable tool that can be used for risk management and assessment purposes. Moreover, the variation of relevant CFD analysis outcomes (e.g., pressure) due to the variation of the analysis parameters is found to be significant.
Kim, Yongtae;Lee, Seunggyu;Kim, Jongchul;Ryu, Seunghwa
Structural Engineering and Mechanics
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제77권3호
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pp.305-314
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2021
In order to reduce enormous cost of real-scale underwater explosion experiments on ships, the mechanical response of the ships have been analyzed by combining scaled-down experiments and Hopkinson's scaling law. However, the Hopkinson's scaling law is applicable only if all variables vary in an identical ratio; for example, thickness of ship, size of explosive, and distance between the explosive and the ship should vary with same ratio. Unfortunately, it is infeasible to meet such uniform scaling requirement because of environmental conditions and limitations in manufacturing scaled model systems. For the facile application of the scaling analysis, we propose a generalized scaling law that is applicable for non-uniform scaling cases in which different parts of the experiments are scaled in different ratios compared to the real-scale experiments. In order to establish such a generalized scaling law, we conducted a parametric study based on numerical simulations, and validated it with experiments and simulations. This study confirms that the initial peak value of response variables in a real-scale experiment can be predicted even when we perform a scaled experiment composed of different scaling ratios for each experimental variable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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