Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.5
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pp.297-304
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2016
When a control algorithm is developed to protect automotive compressor surges, the simulation model typically selects an empirically determined look-up table. However, it is difficult for a control oriented empirical model to show surge characteristics of the super charger. In this study, a dynamic supercharger model is developed to predict the performance of a centrifugal compressor under dynamic load follow-up. The model is developed using Simulink$^{(R)}$ environment, and is composed of a compressor, throttle body, valves, and chamber. Greitzer's compressor model is used, and the geometric parameters are achieved by the actual supercharger. The simulation model is validated with experimental data. It is shown that compressor surge is effectively predicted by this dynamic compressor model under various operating conditions.
Underwood, B. Shane;Kim, Y. Richard;Seo, Youngguk;Lee, Kwang-Ho
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.45-55
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2008
The objective of this research was to develop a VEPCD (ViscoElastoPlastic Continuum Damage) Model which is used to predict the behavior of asphalt concrete under various loading and temperature conditions. This paper presents the VEPCD model formulated in a tension mode and its validation using four hot mix asphalt (HMA) mixtures: dense-graded HMA, SBS, CR-TB, and Terpolymer. Modelling approaches consist of two components: the ViscoElastic Continuum Damage (VECD) mechanics and the ViscoPlastic (VP) theory. The VECD model was to describe the time-dependent behavior of HMA with growing damage. The irrecoverable (whether time-dependent or independent) strain has been described by the VP model. Based on the strain decomposition principle, these two models are integrated to form the VEPCD model. For validating the VEPCD model, two types of laboratory tests were performed: 1) a constant crosshead strain rate tension test, 2) a fatigue test with randomly selected load levels and frequencies.
While extensive efforts have been made in the past to develop finite element models (FEMs) for concrete-filled steel tubular columns (CFSTCs), these models may not be suitable to be used in some cases, especially in view of the utilisation of high strength steel and high strength concrete. A method is presented herein to predict the complete stress-strain curve of concrete subjected to tri-axial compressive stresses caused by axial load coupled with lateral pressure due to the confinement action in square and rectangular CFSTCs with normal and high strength materials. To evaluate the lateral pressure exerted on the concrete in square and rectangular shaped columns, an accurately developed FEM which incorporates the effects of initial local imperfections and residual stresses using the commercial program ABAQUS is adopted. Subsequently, an extensive parametric study is conducted herein to propose an empirical equation for the maximum average lateral pressure, which depends on the material and geometric properties of the columns. The analysis parameters include the concrete compressive strength ($f^{\prime}_c=20-110N/mm^2$), steel yield strength ($f_y=220-850N/mm^2$), width-to-thickness (B/t) ratios in the range of 15-52, as well as the length-to-width (L/B) ratios in the range of 2-4. The predictions of the behaviour, ultimate axial strengths, and failure modes are compared with the available experimental results to verify the accuracy of the models developed. Furthermore, a design model is proposed for short square and rectangular CFSTCs. Additionally, comparisons with the prediction of axial load capacity by using the proposed design model, Australian Standard and Eurocode 4 code provisions for box composite columns are carried out.
Kim, Dongwook;Bang, Sungsik;Kim, Minsoo;Lee, Hyungyil;Kim, Naksoo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.10
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pp.1239-1249
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2013
In this study we establish a process to predict hardening behavior considering the Bauschinger effect for zircaloy-4 sheets. When a metal is compressed after tension in forming, the yield strength decreases. For this reason, the Bauschinger effect should be considered in FE simulations of spring-back. We suggested a suitable specimen size and a method for determining the optimum tightening torque for simple shear tests. Shear stress-strain curves are obtained for five materials. We developed a method to convert the shear load-displacement curve to the effective stress-strain curve with FEA. We simulated the simple shear forward/reverse test using the combined isotropic/kinematic hardening model. We also investigated the change of the load-displacement curve by varying the hardening coefficients. We determined the hardening coefficients so that they follow the hardening behavior of zircaloy-4 in experiments.
When calculating bearing capacity and settlement of actual foundation from plate test result fur design and construction of shallow foundation, scale effect should be considered. But, adequate guide and test result of scale effect were not prepared yet in Korea. So, to analyze the relations of bearing capacity and settlement as the difference of loading plate sizes, model test and field loading test were performed with different loading plate on weathered-granite layer. Model tests were conducted with water content, compaction number, saturated unit weight and plate size(Dl5, 25cm) in soil-box$(2,000\times 2,000\times 1,000mm)$ formed soil layer. Field loading tests were carried out with diameters of loading plate$(D15, 25, 30, 40, 75\times 75, 140\times 210cm)$ on the same soil condition. Finally, we presented the prediction formula of bearing and settlement for computating scale offset in design of shallow foundation through result analysis of load test and numerical simulation on weathered soil and rock.
Jongin Yang;Hong Hyun Son;Yong Jae Lee;Doyoung Shin;Taejin Kim;Seong Soo Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.1974-1987
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2023
The load-following operation of small modular reactors (SMRs) requires accurate prediction of transient behaviors that can occur in the balance of plants (BOP) and the nuclear steam supply system (NSSS). However, 1-D thermal-hydraulics analysis codes developed for safety and performance analysis have conventionally excluded the BOP from the simulation by assuming ideal boundary conditions for the main steam and feed water (MS/FW) systems, i.e., an open loop. In this study, we introduced a lumped model of BOP fluid system and coupled it with NSSS without any ideal boundary conditions, i.e., in a closed loop. Various methods for coupling boundary conditions at MS/FW were tested to validate their combination in terms of minimizing numerical instability, which mainly arises from the coupled boundaries. The method exhibiting the best performance was selected and applied to a transient simulation of an integrated NSSS and BOP system of a SMART. For a transient event with core power change of 100-20-100%, the simulation exhibited numerical stability throughout the system without any significant perturbation of thermal-hydraulic parameters. Thus, the introduced boundary-condition coupling method and BOP fluid system model can expectedly be employed for the transient simulation and performance analysis of SMRs requiring daily load-following operations.
High-strength concrete corbels with varying percentage of steel fibers and two different anchorage types (welding to transverse bar, headed) for the main tension tie were constructed and tested. The results showed that performance in terms of load carrying capacities, stiffness, ductility, and crack width was improved, as the percentage of steel fibers was increased. In addition, the corbel specimens in which headed bars were used as the main tension tie reinforcements showed superior load carrying capacities, stiffness, and ductility compared to the corbel specimens in which the main tension ties were anchored by welding to the transverse bars. From the test results, it is expected that load carrying capacities, durability, and constructibility of high strength concrete corbels would be improved by using steel fibers and headed bars. Experimental results presented in this paper were also compared with various prediction models proposed by researchers and presented in codes. The truss model proposed by Fattuhi provides fairly good predictions for fiber reinforced high-strength concrete corbels.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.883-898
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2019
This paper employs computational tools to predict power increase (or speed loss) and propulsion performances in waves of KVLCC2. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free-surface is obtained by solving a VOF equation. Sliding mesh method is applied to simulate the flow around an operating propeller. Towing and self-propulsion computations in calm water are carried out to obtain the towing force, propeller rotating speed, thrust and torque at the self-propulsion point. Towing computations in waves are performed to obtain the added resistance. The regular short head waves of λ/LPP = 0.6 with 4 wave steepness of H/λ = 0.007, 0.017, 0.023 and 0.033 are taken into account. Four methods to predict speed-power relationship in waves are discussed; Taylor expansion, direct powering, load variation, resistance and thrust identity methods. In the load variation method, the revised ITTC-78 method based on the 'thrust identity' is utilized to predict propulsive performances in full scale. The propulsion performances in waves including propeller rotating speed, thrust, torque, thrust deduction and wake fraction, propeller advance coefficient, hull, propeller open water, relative rotative and propulsive efficiencies, and delivered power are investigated.
Kim, Jeong-Gil;Park, Jin-Sun;Choi, Kyu-Jeong;Lee, Dong-Keun;Shin, Min-Seok;Oh, Joo-Young;Nam, Ju-Seok
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.11
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pp.42-48
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2020
The agricultural tractor is a multi-purpose vehicle, which is frequently used in the agricultural field. It must be highly reliable in terms of human safety. Design and analysis of agricultural tractors must be performed using actual agricultural workload to maintain high reliability. Additionally, the frequency with which various components and systems are used must also be taken into consideration. In this study, a tractor is built to measure its workload in the actual field. Further, the measured load was analyzed for various farming tasks. The range of ratios of consumed power to engine power was measured to be 42.6%-87.2%, 75.1%-97%, 26.5%-59.2% for a plow, rotary, and harvest tasks, respectively. The results were fed into a transmission simulation model to analyze the strength and life of the transmission components. We conclude that a more reliable product can be constructed by incorporating the transmission analyses using the actual load.
Rahman, Munsur;Cil, Akin;Johnson, Michael;Lu, Yunkai;Guess, Trent M.
Advances in biomechanics and applications
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v.1
no.3
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pp.169-185
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2014
Computational multibody models of the elbow can provide a versatile tool to study joint mechanics, cartilage loading, ligament function and the effects of joint trauma and orthopaedic repair. An efficiently developed computational model can assist surgeons and other investigators in the design and evaluation of treatments for elbow injuries, and contribute to improvements in patient care. The purpose of this study was to develop an anatomically correct elbow joint model and validate the model against experimental data. The elbow model was constrained by multiple bundles of non-linear ligaments, three-dimensional deformable contacts between articulating geometries, and applied external loads. The developed anatomical computational models of the joint can then be incorporated into neuro-musculoskeletal models within a multibody framework. In the approach presented here, volume images of two cadaver elbows were generated by computed tomography (CT) and one elbow by magnetic resonance imaging (MRI) to construct the three-dimensional bone geometries for the model. The ligaments and triceps tendon were represented with non-linear spring-damper elements as a function of stiffness, ligament length and ligament zero-load length. Articular cartilage was represented as uniform thickness solids that allowed prediction of compliant contact forces. As a final step, the subject specific model was validated by comparing predicted kinematics and triceps tendon forces to experimentally obtained data of the identically loaded cadaver elbow. The maximum root mean square (RMS) error between the predicted and measured kinematics during the complete testing cycle was 4.9 mm medial-lateral translational of the radius relative to the humerus (for Specimen 2 in this study) and 5.30 internal-external rotation of the radius relative to the humerus (for Specimen 3 in this study). The maximum RMS error for triceps tendon force was 7.6 N (for Specimen 3).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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