This study aimed to analyze the wind-induced mechanical energy (WME) of a proposed super high-rise and long-span transmission tower-line system (SHLTTS), which, in 2021, is the tallest tower-line system with the longest span. Anew index - the WME, accounting for the wind-induced vibration behavior of the whole system rather than the local part, was first proposed. The occurrence of the maximum WME for a transmission tower, with or without conductors, under synoptic winds, was analyzed, and the corresponding formulae were derived based on stochastic vibration theory. Some calculation data, such as the drag coefficient, dynamic parameters, windshielding areas, mass, calculation point coordinates, mode shape and influence function, derived from wind tunnel testing on reducedscale models and finite element software were used in calculating the maximum WME of the transmission tower under three cases. Then, the influence of conductors, wind speed, gradient wind height and wind yaw angle on WME components and the energy transfer relationship between substructures (transmission tower and conductor) were analyzed. The study showed that the presence of conductors increases the WME of transmission towers and changes the proportion of the mean component (MC), background component (BC) and resonant component (RC) for WME; The RC of WME is more susceptible to the wind speed change. Affected by the gradient wind height, the WME components decrease. With the RC decreasing the fastest and the MC decreasing the slowest; The WME reaches the its maximum value at the wind yaw angle of 30°. Due to the influence of three factors, namely: the long span of the conductors, the gradient wind height and the complex geometrical profile, it is important that the tower-line coupling effect, the potential for fatigue damage and the most unfavorable wind yaw angle should be given particular attention in the wind-resistant design of SHLTTSs
The pressure-mitigating effects of a high-speed train passing through a tunnel with a partially reduced cross-section are investigated via the numerical approach. A compressible, three-dimensional RNG k-ε turbulence model and a hybrid mesh strategy are adopted to reproduce that event, which is validated by the moving model test. Three step-like tunnel forms and two additional transitions at the tunnel junction are proposed and their aerodynamic performance is compared and scrutinized with a constant cross-sectional tunnel as the benchmark. The results show that the tunnel step is unrelated to the pressure mitigation effects since the case of a double-step tunnel has no advantage in comparison to a single-step tunnel, but the excavated volume is an essential matter. The pressure peaks are reduced at different levels along with the increase of the excavated earth volume and the peaks are either fitted with power or logarithmic function relationships. In addition, the Arc and Oblique-transitions have very limited gaps, and their pressure curves are identical to each other, whereas the Rec-transition leads to relatively lower pressure peaks in CPmax, CPmin, and ΔCP, with 5.2%, 4.0%, and 4.1% relieved compared with Oblique-transition. This study could provide guidance for the design of the novel railway tunnel.
In this study, two steady RANS turbulence models (SST k-ω and Realizable k-ε) and four unsteady turbulence models (URANS SST k-ω and Realizable k-ε, SST-SAS, and SST-IDDES) are evaluated with respect to their capacity to predict crosswind characteristics on high-speed trains (HSTs). All of the numerical simulations are compared with the wind tunnel values and LES results to ensure the accuracy of each turbulence model. Specifically, the surface pressure distributions, time-averaged aerodynamic coefficients, flow fields, and computational cost are studied to determine the suitability of different models. Results suggest that the predictions of the pressure distributions and aerodynamic forces obtained from the steady and transient RANS models are almost the same. In particular, both SAS and IDDES exhibits similar predictions with wind tunnel test and LES, therefore, the SAS model is considered an attractive alternative for IDDES or LES in the crosswind study of trains. In addition, if the computational cost needs to be significantly reduced, the RANS SST k-ω model is shown to provide relatively reasonable results for the surface pressures and aerodynamic forces. As a result, the RANS SST k-ω model might be the most appropriate option for the expensive aerodynamic optimizations of trains using machine learning (ML) techniques because it balances solution accuracy and resource consumption.
The nanoemulgel was prepared to induce a synergistic effect along with higher efficacy. Nine sets of macroemulsion were made in which liquid paraffin was stabilized by the two non-ionic surfactants, Tween® 80 and Span® 80. Comparative stability analysis of the macroemulsions was used to determine the effective surfactant concentrations that gave the most stable systems (NE 2, NE3, NE4, NE5). High-speed homogenization was then applied. The final formulation was evaluated for globule size and polydispersablity index, physical properties (color, homogeneity, consistency, syneresis), pH, viscosity, spreadability with 200 g and 500 g weight, conductivity, drug content, stability, skin irritation, antifungal efficacy. Zeta size analysis confirmed the nanosize of the droplets in NE2 (284.8 nm), NE3 (79.89 nm), NE4 (194 nm) but not NE5 (632.8 nm), which was outside the nanoemulsion range. The antifungal assay exhibited zone of inhibition for NE3 (43±1.0 mm) and NE4 (42±1.7 mm), a marketed cream (33±1 mm), fluconazole alone (35±1 mm) and terbinafine alone (35.0±1.7 mm). The zone of inhibition of nanoemulgels increased compared with the drugs when used individually and when compared a placebo.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.84-88
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2009
The nickel-based alloy Nimonic 80A possesses strength, and corrosion, creep and oxidation resistance at high temperature. The exhaust valves of low speed diesel engines are usually operated at temperature levels of 400-$600^{\circ}C$ and high pressure to enhance thermal efficiency and exposed to the corrosion atmosphere by the exhaust gas. Also, the exhaust valve is subjected to repeated thermal and mechanical loads. So, the nickel-based alloy Nimonic 80A was used for the large exhaust valve spindle. It is composed a 540mm diameter head and a 125mm diameter stem. It is developed large products by hot closed-die forging. Manufacturing process analysis of the large exhaust valve spindle was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to $1080^{\circ}C$ Numerical calculation was performed by DEFORM-2D, a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. Mechanical properties of the large exhaust valve spindle were evaluated by the variety of tests, including microstructure observation, tensile, as well as hardness and fatigue tests, were conducted to evaluate the mechanical properties for head part of exhaust valve spindle.
He, Yinghou;Li, Qiusheng;Chan, Pakwai;Zhang, Li;Yang, Honglong;Li, Lei
Wind and Structures
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v.30
no.6
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pp.575-595
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2020
The characteristics of winds associated with tropical cyclones are of great significance in many engineering fields. This paper presents an investigation of wind characteristics over a coastal urban terrain based on field measurements collected from multiple cup anemometers and ultrasonic anemometers equipped at 13 height levels on a 356-m-high meteorological tower in Shenzhen during severe Typhoon Hato. Several wind quantities, including wind spectrum, gust factor, turbulence intensity and length scale as well as wind profile, are presented and discussed. Specifically, the probability distributions of fluctuating wind speeds are analyzed in connection with the normal distribution and the generalized extreme value distribution. The von Karman spectral model is found to be suitable to depict the energy distributions of three-dimensionally fluctuating winds. Gust factors, turbulence intensity and length scale are determined and discussed. Moreover, this paper presents the wind profiles measured during the typhoon, and a comparative study of the vertical distribution of wind speeds from the field measurements and existing empirical models is performed. The influences of the topography features and wind speeds on the wind profiles were investigated based on the field-measured wind records. In general, the empirical models can provide reasonable predictions for the measured wind speed profiles over a typical coastal urban area during a severe typhoon.
The characteristics of the coherence functions of X axial, Y axial, and RZ axial (i.e., body axis) wind forces on the Shanghai World Trade Centre - a 492 m super-tall building with section varying along height are studied via a synchronous multi-pressure measurement of the rigid model in wind tunnel simulating of the turbulent, and the corresponding mathematical expressions are proposed there from. The investigations show that the mathematical expressions of coherence functions in across-wind and torsional-wind directions can be constructed by superimposition of a modified exponential decay function and a peak function caused by turbulent flow and vortex shedding respectively, while that in along-wind direction need only be constructed by the former, similar to that of wind speed. Moreover, an inductive analysis method is proposed to summarize the fitted parameters of the wind force coherence functions of every two measurement levels of altitudes. The comparisons of the first three order generalized force spectra show that the proposed mathematical expressions accord with the experimental results well. Later, the influences of coherence functions on wind-induced dynamic responses are analyzed in detail based on the proposed mathematical expressions and the frequency-domain method of random vibration theory.
Optimal sensor placement (OSP) is an integral component in the design of an effective structural health monitoring (SHM) system. This paper describes the implementation of a novel collaborative-climb monkey algorithm (CMA), which combines the artificial fish swarm algorithm (AFSA) with the monkey algorithm (MA), as a strategy for the optimal placement of a predefined number of sensors. Different from the original MA, the dual-structure coding method is adopted for the representation of design variables. The collaborative-climb process that can make the full use of the monkeys' experiences to guide the movement is proposed and incorporated in the CMA to speed up the search efficiency of the algorithm. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated by a numerical example with a high-rise structure. The results show that the proposed CMA algorithm can provide a robust design for sensor networks, which exhibits superior convergence characteristics when compared to the original MA using the dual-structure coding method.
RTI (Rayleigh-Taylor instability) is investigated by a multi-liquid MPS (Moving Particle Semi-implicit) method for both viscous and inviscid flows for various density differences, initial-disturbance amplitudes, viscosities, and surface tensions. The MPS simulation can be continued up to the late stage of high nonlinearity with complicated patterns and its initial developments agree well with the linear theoretical results. According to the relevant linear theory, the difference between inviscid and viscous fluids is the rising velocity at which upward-mushroom-like RTI flow with vortex formation is generated. However, with the developed MPS program, significant differences in both growing patters and developing speeds are observed. Also, more dispersion can be observed in the inviscid case. With larger Atwood (AT) number, stronger RTI flows are developed earlier, as expected, with higher potential-energy differences. With larger initial disturbances, quite different patterns of RTI-development are observed compared to the small-initial-disturbance case. If AT number is small, the surface tension tends to delay and suppress the RTI development when it is sufficiently large. Interestingly, at high AT number, the RTI-suppressions by increased surface tension become less effective.
This paper deals with wind fragility and risk analysis of high rise buildings subjected to stochastic wind load. Conventionally, such problems are dealt in full Monte Carlo Simulation framework, which requires extensive computational time. Thus, to make the procedure computationally efficient, application of metamodelling technique in fragility analysis is explored in the present study. Since, accuracy by the conventional Least Squares Method (LSM) based metamodelling is often challenged, an efficient Moving Least Squares Method based adaptive metamodelling technique is proposed for wind fragility analysis. In doing so, artificial time history of wind load is generated by three wind field models: i.e., a simple one based on alongwind component of wind speed; a more detailed one considering coherence and wind directionality effect, and a third one considering nonstationary effect of mean wind. The results show that the proposed approach is more accurate than the conventional LSM based metamodelling approach when compared to full simulation approach as reference. At the same time, the proposed approach drastically reduces computational time in comparison to the full simulation approach. The results by the three wind field models are compared. The importance of non-linear structural analysis in fragility evaluation has been also demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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