Meradjah, Mustapha;Kaci, Abdelhakim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.
Steel and Composite Structures
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v.18
no.3
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pp.793-809
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2015
In this scientific work, constructing of a novel shear deformation beam model including the stretching effect is of concern for flexural and free vibration responses of functionally graded beams. The particularity of this model is that, in addition to considering the transverse shear deformation and the stretching effect, the zero transverse shear stress condition on the beam surface is assured without introducing the shear correction parameter. By employing the Hamilton's principle together with the concept of the neutral axe's position for such beams, the equations of motion are obtained. Some examples are performed to demonstrate the effects of changing gradients, thickness stretching, and thickness to length ratios on the bending and vibration of functionally graded beams.
The incorporation of nanoplatelets in composite and polymeric materials represents a recent and innovative approach, holding substantial promise for diverse property enhancements. This study focuses on the application of nanocomposites in the production of sports equipment, particularly soccer balls, aiming to bridge the gap between theoretical advancements and practical implications. Addressing the longstanding challenge of suboptimal interaction between carbon nanofillers and epoxy resin in epoxy composites, this research pioneers inventive solutions. Furthermore, the investigation extends into unexplored territory, examining the integration of glass fiber/epoxy composites with nanoparticles. The incorporation of nanomaterials, specifically expanded graphite and graphene, at a concentration of 25.0% by weight in both the epoxy structure and the composite with glass fibers demonstrates a marked increase in impact resistance compared to their nanomaterial-free counterparts. The research transcends laboratory experiments to explore the practical applications of nanocomposites in the design and production of sports equipment, with a particular emphasis on soccer balls. Analytical techniques such as infrared spectroscopy and scanning electron microscopy are employed to scrutinize the surface chemical structure and morphology of the epoxy nanocomposites. Additionally, an in-depth examination of the thermal, mechanical, viscoelastic, and conductive properties of these materials is conducted. Noteworthy findings include the efficacy of surface modification of carbon nanotubes in preventing accumulation and enhancing their distribution within the epoxy matrix. This optimization results in improved interfacial interactions, heightened thermal stability, superior mechanical properties, and enhanced electrical conductivity in the nanocomposite.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.21
no.1
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pp.30-38
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2009
In recent years, there's been strong demand for coastal structures that have a permeability that serves water affinity and disaster prevention from wave attack. The aim of this study is to examine the wave transformation, including wave run-up that propagates over the coastal structures with a steep slope. A numerical model based on the nonlinear shallow water equation, together with the unsteady nonlinear Darcy law for fluid motion in permeable underlayer and laboratory measurements was carried out in terms of the free surface elevations and fluid particle velocities for the cases of regular and irregular waves over 1:5 impermeable and permeable slopes. The numerical results were used to evaluate the application and limitations of the PBREAK numerical model. The numerical model could predict the cross-shore variation of the wave profile reasonably, but showed less accurate results in the breaking zone that the mass and momentum influx is exchanged the most. Except near the wave crest, the computed depth averaged velocities could represent the measured profile below the trough level fairly well.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.7
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pp.539-549
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2017
In this paper, experimental studies on the shroud separation were performed to investigate characteristics of the shroud separation at mach 3. Shroud separation tests were carried out in the vertical free-jet wind tunnel that is capable of testing separable structures. A shroud model was miniaturized to meet test objectives and test section dimensions of the wind tunnel. Pneumatic Locking and separation mechanisms were designed considering external force due to free stream. High speed cameras were used to record the shroud motion and unsteady shock patterns over the deploying shrouds during the shroud separation process. Also, unsteady pressures on the nose surface were measured by using the pressure sensors. Through the tests, the measurement data necessary for researches on the shroud separation technology were obtained. Shroud separation behaviors and characteristics of unsteady pressure on the nose surface for each external flow conditions were analyzed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.95-104
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2003
This paper deals with the analytic and FEM analyses of sloshing frequency response of incompressible, invicid and irrotational flow in two dimensional rectangular tank. We use Laplace equation based on potential theory as governing equation. For small amplitude sloshing motion, the linearized free surface condition was applied and the analytic solution as obtained by the separation of variables. To simulate the effect of the energy dissipation due to viscous damping, artificial viscous coefficient is introduced and the divergence of response at resonance frequencies may be avoided by this coefficient. This problem was solved by FEM using 9-node elements in order to predict the maximum amplitude of sloshing response. Numerical results of free surface height, fluid pressure and fluid force show good agreement with those by analytic solution. After verifying the test FEM program, we analyze the frequency response characteristics of sloshing to the fluid height.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.1
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pp.29-35
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2019
In this paper, a low-cost dynamic measurement system using the RGB-depth camera, Microsoft $Kinect^{(R)}$ v2, is proposed for measuring time-varying free surface motion of liquid dampers used in building vibration mitigation. Various experimental studies are conducted consecutively: performance evaluation and validation of the $Kinect^{(R)}$ v2, real-time monitoring using the $Kinect^{(R)}$ v2 SDK(software development kits), point cloud acquisition of liquid free surface in the 3D space, comparison with the existing video sensing technology. Utilizing the proposed $Kinect^{(R)}$ v2-based measurement system in this study, dynamic behavior of liquid in a laboratory-scaled small tank under a wide frequency range of input excitation is experimentally analyzed.
Research on the development of marine renewable energy is actively in progress. Various studies are being conducted on the development of wave energy converters. In this study, a numerical analysis of wave-energy extraction performance was performed according to the body shape and scale of the sloped oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC), which can be connected with the breakwater. The sloped OWC WEC was modeled in the time domain using a two-dimensional fully nonlinear numerical wave tank. The nonlinear free surface condition in the chamber was derived to represent the pneumatic pressure owing to the wave column motion and viscous energy loss at the chamber entrance. The free surface elevations in the sloped chamber were calculated at various incident wave periods. For verification, the results were compared with the 1:20 scaled model test. The maximum wave energy extraction was estimated with a pneumatic damping coefficient. To calculate the energy extraction of the actual size WEC, OWC models approximately 20 times larger than the scale model were calculated, and the viscous damping coefficient according to each size was predicted and applied. It was verified that the energy, owing to the airflow in the chamber, increased as the incident wave period increased, and the maximum efficiency of energy extraction was approximately 40% of the incident wave energy. Under the given incident wave conditions, the maximum extractable wave power at a chamber length of 5 m and a skirt draft of 2 m was approximately 4.59 kW/m.
Various numerical methods in simulation of seismic wave propagation have been developed. Recently an innovative numerical method called as the Spectral Element Method (SEM) has been developed and used in wave propagation in 3-D elastic media. The SEM that easily implements the free surface of topography combines the flexibility of a finite element method with the accuracy of a spectral method. It is generally used a weak formulation of the equation of motion which are solved on a mesh of hexahedral elements based on the Gauss-Lobatto-Legendre integration rule. Variational formulations of velocity-stress motion are newly modified in order to implement ADE-PML (Auxiliary Differential Equation of Perfectly Matched Layer) in wave propagation in 3-D elastic media, because a general weak formulation has a difficulty in adapting CFS (Complex Frequency Shifted) PML (Perfectly Matched Layer). SEM of Velocity-Stress motion having ADE-PML that is very efficient in absorbing waves reflected from finite boundary is verified with simulation of 1-D and 3-D wave propagation.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1244-1251
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2022
Marine accidents due to a loss of stability, have been gradually increasing over the last decade. Measures must be taken on the roll reduction of a ship. Amongst the measures, building an anti-roll tank in a ship is recognized as the most simple and effective way to reduce the roll motion. Therefore, this study aims to develop a computational model for a U-tube type anti-roll tank and to validate it by experiment. In particular, to validate the developed computational model, the height of the free surface in the tank was measured in the experiment. To develop a computational model, the mesh dependency test was carried out. Further, the effects of a turbulence model, time step size, and the number of iterations on the numerical solution were analyzed. In summary, a U-tube type anti-roll tank simulation had to be performed accurately with conditions of a realizable k-𝜖 turbulence model, 10-2s time step size, and 15 iterations. In validation, the two cases of measured data from the experiment were compared with the numerical results. In the present study, STAR-CCM+ (ver. 17.02), a RANS-based commercial solver was used.
In this paper, various four variable refined plate theories are presented to analyze vibration of temperature-dependent functionally graded (FG) plates. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations for the present model is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theories account for parabolic, sinusoidal, hyperbolic, and exponential distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Uniform, linear, nonlinear and sinusoidal thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the free vibration analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent and temperature-independent FG plates and validated with known results in the literature. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature fields on the vibration characteristics. It can be concluded that the present theories are not only accurate but also simple in predicting the free vibration responses of temperature-dependent FG plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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