Nonlinear internal modals interactions analysis of axially functionally graded nanorods is evaluated on the basis of nonlocal elasticity theory and Rayleigh beam model for the first time. Functionally graded materials can be determined as nonhomogeneous composites which are obtained by combining of two various materials in order to get a new ideal material. In this research, material properties of nanorods are supposed to be calmly varied along the axial direction. Hamilton's principle is used to derive the equations with consideration of Von-Kármán's geometrically nonlinearity. Harmonic Differential Quadrature (HDQ) and Multiple Scale (MS) solution techniques are used to derive an approximate-analytic solution to the linear and nonlinear free axial vibration problem of non-classical nanorods for clamped-clamped and clamped-free boundary conditions. A parametric study is carried out to indicate the effects of index of AFG, aspect ratio, mode number, internal resonances and nonlinear amplitude on nonlinear nonlocal frequencies of axially functionally graded nanorods. Also, the effects of nonlocal and nonlinear coefficients and AFG index on relationships of internal resonances have been investigated. The presented theatrical-semi analytical model has the ability to predict very suitable results for extracting the internal modal interactions in the AFG nanorod.
Although continuous casting process has highly developed, there still remain many problems to be considered. Specifically, two vortex flows resulting from impingement against narrow walls make a flow field unstable in a mold, and it is directly related to internal and external defects of steel products. To cope with this instability, EMBR (Electromagnetic Brake Ruler) technique has been lately studied for the stability of molten steel flow, and it is revealed that molten steel flow in a mold can be controlled with applied magnetic field. However, it is still difficult to clarify flow pattern in an EMBR caster due to complex correlations among variables such as geometric factors, casting conditions, and the place and the intensity of charged magnetic field. In the present study, flow field in a mold is focused with different conditions of electromagnetic effect. To accurately analyze the case, three dimensional low Reynolds turbulent model and appropriate boundary conditions are chosen. To evaluate the electromagnetic effect in molten steel flow, dimensionless numbers are employed. The results show that the location and the intensity of the applied magnetic field significantly influence the flow pattern. Both impingement and internal flow pattern are changed remarkably with the change of the location of applied magnetic field. It turns out that an insufficient magnetic force yields adverse effect like channeling, and rather lowers the quality of steel product.
Eui-Kyun Park;Jun-Won Park;Yun-Jae Kim;Kukhee Lim;Eung-Soo Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권7호
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pp.2859-2874
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2024
This paper presents the finite element deformation and failure simulation of a typical Korean high-power reactor vessel under a severe accident characterized by large break loss of coolant (LBLOCA) with in-vessel retention of molten corium through external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) conditions. Temperature distributions calculated using Modular Accident Analysis Program Version 5 (MAAP5) as thermal boundary conditions were used, and ABAQUS thermal and structural analyses were performed. After full ablation, the temperature of the inner surface in the thinnest section remained high (920 ℃), but the stress remained relatively low (less than 6 MPa). At the outer surface, the stress was as high as 250 MPa; however, the resulting plastic strain was small owing to the low temperature of 200 ℃. Variations in stress, inelastic strain, and temperature with time in the thinnest section suggest that the plastic and creep strains are saturated owing to stress relaxation, resulting in low cumulative damage. Thus, the lower head of the vessel can maintain its structural integrity under LBLOCA with IVR-ERVC conditions. The sensitivity analysis of internal pressure indicates the occurrence of failure in the thinnest section at an internal pressure >9.6 MPa via local necking followed by failure due to high stresses.
The present study represents the effects of boundary condition on the performance of a centrifugal blower at the interference plane between rotational and stationary domains using three dimensional compressible Navier-Stocks equations. Two boundary conditions, frozen-rotor and stage, are compared to analyze the blower performance. Installation angle between the cutoff of a volute casing and a impeller blade is also introduced to evaluate the blower performance and to understand the internal flow inside the blower. Throughout numerical simulation, it is found that the frozen rotor interface method at the interference plane represents well the variations of flow field inside the blower compared to stage interface method. However, pressure has maximum two percent error according to the installation angles while pressure is almost constant for the stage interface method. And stage interface method can relatively well predict the blower performance. Detailed internal flows of the centrifugal blower are compared and analyzed by numerical simulation.
A finite element analysis to solve the coupled thermomechanical problem in the plane strain upsetting of the porous metals was performed. The analysis was formulated using the yield function advanced by Lee and kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. The density and temperature dependent thermal and mechanical properties of porous metals were considered. The internal heat generation by the plastic deformation and the changing thermal boundary conditions corresponding to the geometry were incorporated in the program. The distributions of the stress, strain, pressure, density and temperature were predicted during the free resting period, deformation period and dwelling period of the forging process.
The nonlinear free vibration of a nanorod subjected to finite strain is investigated. The governing equation of motion in material configuration in terms of displacement is determined. By means of Galerkin method, the Fourier series solutions satisfying some typical boundary conditions are determined. The amplitude-frequency relationship and interaction between the modes are studied. The effects of nonlocal elasticity are shown for different length of nanotubes and nonlocal parameter. The results show that nonlocal effects lead to additional internal modal interaction for nanorod vibrations.
Zhou, Changlin;Zhang, Zhongxian;Zhang, Ji;Fang, Yuan;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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제34권2호
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pp.215-226
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2020
The aim of this study is to investigate free vibration of functionally graded porous nanocomposite rectangular plates where the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. The GPL-reinforced plate is modeled using a semi-analytic approach composed of generalized differential quadrature method (GDQM) and series solution adopted to solve the equations of motion. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and those reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. New results reveal the importance of porosity coefficient, porosity distribution, graphene platelets (GPLs) distribution, geometrical and boundary conditions on vibration behavior of porous nanocomposite plates. It is observed that the maximum vibration frequency obtained in the case of symmetric porosity and GPL distribution, while the minimum vibration frequency is obtained using uniform porosity distribution.
Simplified finite element model of spark ignition (SI) engine to analyse combustion heat transfer is presented. The model was discredited with 3D thermal elements of global length 5 mm. The fuel type is petrol. Internal nodal temperature of cylinder body is defined as 21000C to represent occurrence of gasoline combustion. Material information and isotropic material properties are taken from published report. The heat transfer analysis is done for the instant of combustion. The model is validated by comparing the computed maximum temperature at the piston surface with the published result. The computed temperature gradient at the crucial parts are plotted and discussed. It has been found that the critical top surface suffered from thermal and the materials used to construct the engine parts strongly influenced the temperature distribution in the engine. The model is capable to analyze heat transfer in the engine reasonably and efficiently.
An S-duct flow is subjected to an entrance flow of Mach 0.6. The duct turns $30^{\circ}$ and reverses its turn by $30^{\circ}$ followed by a straight section. Such an internal flow induces a secondary flow due to curvature effect. Goal of this paper is to show the sensitivity of outflow boundary conditions on the quality of numerical solutions as well as to show curvature effect on the flow field. The often-used Baldwin-Lomax turbulence model is shown to be less functional on the concave region when the secondary flow has its strong Influence.
Past experience indicates that the majority of failures of electrical transmission tower structures occurred during high intensity wind events, such as downbursts. The wind load distribution associated with these localized events is different than the boundary layer wind profile that is typically used in the design of structures. To the best of the authors' knowledge, this study represents the first comprehensive investigation that assesses the effect of varying the downburst parameters on the structural performance of a transmission line structure. The study focuses on a guyed tower structure and is conducted numerically using, as a case study, one of the towers that failed in Manitoba, Canada, during a downburst event in 1996. The study provides an insight about the spatial and time variation of the downburst wind field. It also assesses the variation of the tower members' internal forces with the downburst parameters. Finally, the structural behaviour of the tower under critical downburst configurations is described and is compared to that resulting from the boundary layer normal wind load conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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