In this study, the effect of the time step specified in a computational fluid dynamics (CFD) simulation on load response is analyzed and the drag coefficients of the floating body of floating offshore wind turbines (FOWTs) are estimated. By evaluating the error in the FOWT load response and the change in the drag-coefficient values based on the density of the time intervals, this study aims to establish a time-interval setting that minimizes the time and cost of CFD simulations for selecting drag-coefficient values. Practical CFD utilization strategies necessary for the calibration of medium-to high-fidelity analysis tools are presented. Based on a comparative analysis of CFD simulations conducted at various time intervals, the results confirmed that under a certain time interval that sufficiently considers various factors, the accuracy of the FOWT response with respect to density shows minimal differences, thereby providing an efficient utilization method for CFD simulations in FOWT design and analysis.
Within the optimization field, addressing the intricate posed by fluidic pressure loads on functionally graded structures with frequency-related designs is a kind of complex design challenges. This paper thus introduces an innovative density-based topology optimization strategy for frequency-constraint functionally graded structures incorporating Darcy's law and a drainage term. It ensures consistent treatment of design-dependent fluidic pressure loads to frequency-related structures that dynamically adjust their direction and location throughout the design evolution. The porosity of each finite element, coupled with its drainage term, is intricately linked to its density variable through a Heaviside function, ensuring a seamless transition between solid and void phases. A design-specific pressure field is established by employing Darcy's law, and the associated partial differential equation is solved using finite element analysis. Subsequently, this pressure field is utilized to ascertain consistent nodal loads, enabling an efficient evaluation of load sensitivities through the adjoint-variable method. Moreover, this novel approach incorporates load-dependent structures, frequency constraints, functionally graded material models, and polygonal meshes, expanding its applicability and flexibility to a broader range of engineering scenarios. The proposed methodology's effectiveness and robustness are demonstrated through numerical examples, including fluidic pressure-loaded frequency-constraint structures undergoing small deformations, where compliance is minimized for structures optimized within specified resource constraints.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.30
no.2
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pp.47-54
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1998
Refining is one of the most important processes of fiber treatment that provides optical and physical properties of final paper products. The evaluation method of refining progress is usually freeness (CSF) or wetness (SR) test because of its rapidity and convenience. However, there are some deficiencies in using freeness or wetness test to evaluate pulp fibers accurately because its results are more influenced by fines contents than extent of fibers treatment. The objective of this study is to show the deficiency of wetness in evaluating the refining process. For this, beating is done by varying the beating load. Handsheets are made after beating until 25 and $32^{\circ}C$ SR, and then paper properties are measured. Refined fibers are analyzed by fiber length, fines contents, curl, kink, WRV, and zero-span tensile strength. The results show that longer beating time is required to reach the same wetness at lower beating load. There are differences in the average fiber length, distribution curve of fiber length, fines contents, curl, kink, WRV of long fiber fraction, drainage time, and zero-span tensile strength of rewetted sample at different beating load. At the low beating load in the same wetness, apparent density, breaking length, burst strength, and tear strength are higher, while opacity and air permeability are lower than those of the high beating load. Using Page s equation, which shows the relationship among tensile strength, intrinsic fiber strength, and interfiber bonding strength, interfiber bonding strength is calculated and analyzed to explain final paper properties. At $25^{\circ}C$ SR, interfiber bonding strength is only slightly higher at 2.5kgf beating load, while the intrinsic fiber strength is substantially higher. At $32^{\circ}C$ SR, intrinsic fiber strength is a little bit higher at 2.5kgf beating load, and interfiber bonding strength is remarkably higher than those of 5.6kgf beating load. These results can be used to explain the different properties of the final paper at selected beating loads.
The primary objective of this study is to characterize traffic axle loadings that consider Korea specific traffic conditions for developing mechanistic-based pavement design method as a part of Korea Pavement Research Program(KPRP). Although the concept of equivalent single axle load(ESAL) has been generally used since the 1960s for the pavement design, the mechanistic-based pavement design procedure requires more accurate axle loading data on the specific pavement. In this study, axle loading data were collected according to vehicle type and highway functional classification. Axle-load spectrum was then standardized by cumulative density function(cdf), because the axle load spectrum could vary from the observed site, truck traffic volume, and truck type, Finally, this study presented the procedure and S-shaped exponential models for characterizing axle load spectra according to vehicle type and highway functional classification.
In this study, the large scale model tests were executed to estimate the Load Sharing Ratio (LSR) of raft in a piled footing under various conditions. The conditions such as the subsoil type, pile length, pile spacing, away type and pile installation method etc. were varied in the pile loading tests about the free-standing group piles and a piled footing. As a result of this study, it was found that there was no difference in the load-settlement curves, resulting from the pile installation method and subsoil type. The piles supported most of the external load until a yielding load of the piled footing, but the raft supported a considerable load after a yielding load. As the relative density of sands increased, the LSR decreased. As the pile spacing was wider and the pile length increased, there was a tendancy for the LSR to increase. But it was also found that the LSR was not affected by the pile installation method and the subsoil type.
Current lead is a device that connects the power supply and superconducting magnets. High temperature superconductor (HTS) has lower thermal conductivity and higher current density than normal metal. For these reasons, the heat load can be reduced by replacing the normal metal of the current lead with the HTS. Conventional HTS current lead has same cross-sectional area in the axial direction. However, this is over-designed at the cold-end (4.2 K) in terms of current. The heat load can be reduced by reducing this part because the heat load is proportional to the cross-sectional area. Therefore, in this paper, heat load was calculated from the heat diffusion equation of HTS current leads with uniform and non-uniform cross-sectional areas. The cross-sectional area of the warm-end (65K) is designed considering burnout time when cooling system failure occurs. In cold-end, Joule heat and heat load due to current conduction occurs at the same time, so the cross-sectional area where the sum of the two heat is minimum is obtained. As a result of simulation, current leads for KSTAR TF coils with uniform and non-uniform cross-sectional areas were designed, and it was confirmed that the non-uniform cross-sectional areas could further reduce the heat load.
Pile foundations that support offshore structures or transmission towers are dominantly subjected to cyclic lateral loads due to wind and waves, causing permanent displacement which can severely affect stability of the structures. In this study, a series of cyclic lateral load tests were conducted on a pre-installed aluminum flexible pile in sandy soil with three different relative densities (40%, 70% and 90%) in order to evaluate the permanent displacement of a cyclic laterally loaded pile. Test results showed that the cyclic lateral loads accumulated the irreversible lateral displacement, so-called permanent displacement. As the number of cyclic lateral load increased, accumulated permanent displacement increased, but the permanent displacement due to one loading cycle gradually decreased. In addition, the permanent displacement of a pile increased with decrement of relative density and decreased by soil saturation. From the test results, the normalized permanent displacement defined as the cumulative permanent displacement to the initial permanent displacement ratio was investigated, and empirical equations for predicting the normalized permanent displacement was developed in terms of relative density of the soil and the number of cyclic lateral load.
Jang, Mina;Lee, Byungdoo;Seo, Yeonok;Kim, Sungyong;Lee, Young Jin
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.100
no.3
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pp.402-407
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2011
The objectives of this study were to analyze the crown vertical structure, crown bulk density, and to develop regression models for predicting crown fuel load using the data from 10 destructively sampled Pinus densiflora trees in Bonghwa, Gyeongbuk. The fuel loads were observed higher in the middle portion of the vertical distribution of crown followed by the lower portion and upper portion of Pinus densiflora, respectively. Approximately 25% crown fuel load was found in the needle while 33% was observed in the branches with <1 cm diameter with a total of 58% available fuel loads. The average crown bulk density was $0.45kg/m^3$, and $0.27kg/m^3$ of this was available in the needles and branches with <1 cm diameters. The resulting models in linear equations were able to account for 84% and 88% of the observed variation, while the allometric equations with diameter at breast height as the single predictor showed better results to account for 90% and 95% of the observed variation in the available crown fuel loads and total crown fuel loads, respectively. The suggested equations in this study could provide quantitative fuel load attributes for crown fire behavior models and fire management of red pine stands in Bonghwa areas.
This study has been performed to investigate into some effects of the power density and traverse speed of laser beam on the optical microstructure, hardness and wear characteristics of medium carbon low alloy steel treated by laser surface hardening technique. The results obtained from the experiment are summarized as follows : (1) Optical micrograph has shown that finer lath martensite is formed and the amount of undissolved complex carbides increases as the traverse speed increases under the condition of a given power density, whereas the coarsening of lath martensite and the reduction of undissolved complex carbides occur with increasing the power density at a given traverse speed. (2) Hardness measurements have revealed that as the traverse speed increases, hardness values of outermost surface layer more of less decrease under low power densities, but are uniformly distributed under high power densities, also showing that they are uniformly distributed at low traverse speeds and more or less decrease at high traverse speeds with increasing the power density. (3) The effective case depth has been found to decrease from 0.26 mm to 0.17 mm with increasing the traverse speed from 1.5 m/min to 3.0 m/min at a given power density of $25.48{\times}10^3w/cm^2$ and to increase from 0.20 mm to 0.36 mm with increasing the power density from $19.11{\times}10^3w/cm^2$ to $38.22{\times}10^3w/cm^2$ at a given traverse speed of 2.0 m/min. (4) Wear test has exhibited that the amount of weight loss of laser surface hardened specimen with respect to sliding distance at a given load increases with increasing traverse speed at a given power density and decreses with increasing power density at a given traverse speed.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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