This paper presents an analytical hyperbolic theory based on the refined shear deformation theory for mechanical stability analysis of the simply supported advanced composites plates (exponentially, sigmoidal and power-law graded) under triangular, trapezoidal and uniform uniaxial and biaxial loading. The developed model ensures the boundary condition of the zero transverse stresses at the top and bottom surfaces without using the correction factor as first order shear deformation theory. The mathematical formulation of displacement contains only four unknowns in which the transverse deflection is divided to shear and bending components. The current study includes the effect of the geometric imperfection of the material. The modeling of the micro-void presence in the structure is based on the both true and apparent density formulas in which the porosity will be dense in the mid-plane and zero in the upper and lower surfaces (free surface) according to a logarithmic function. The analytical solutions of the uniaxial and biaxial critical buckling load are determined by solving the differential equilibrium equations of the system with the help of the Navier's method. The correctness and the effectiveness of the proposed HyRPT is confirmed by comparing the results with those found in the open literature which shows the high performance of this model to predict the stability characteristics of the FG structures employed in various fields. Several parametric analyses are performed to extract the most influenced parameters on the mechanical stability of this type of advanced composites plates.
The microblade cutting method, so-called SAICAS, is widely used to quantify the adhesion of battery composite electrodes at different depths. However, as the electrode thickness or loading increases, the reliability of adhesion values measured by the conventional method is being called into question more frequently. Thus, herein, a few underestimated parameters, such as friction, deformation energy, side-area effect, and actual peeing area, are carefully revisited with ultrathick composite electrodes of 135 ㎛ (6 mAh cm-2). Among them, the existence of side areas and the change in actual peeling area are found to have a significant influence on measured horizontal forces. Thus, especially for ultrahigh electrodes, we can devise a new SAICAS measurement standard: 1) the side-area should be precut and 2) the same actual peeling area must be secured for obtaining reliable adhesion at different depths. This guideline will practically help design more robust composite electrodes for high-energy-density batteries.
In this present article, the mechanical behavior of single-walled black phosphorene nanotubes (SW-αPNTs) is simulated using molecular dynamics (MD). The proposed model is subjected to the axial loading and the effects of morphological parameters, such as the mono-vacancy defect and strain rate on the tensile behavior of the zigzag and armchair SW-αPNTs are studied as a pioneering work. In order to assess the accuracy of the MD simulations, the stress-strain response of the current MD model is successfully verified with the efficient quantum mechanical approach of the density functional theory (DFT). Along with reproducing the DFT results, the accurate MD simulations successfully anticipate a significant variation in the stress-strain curve of the zigzag SW-αPNTs, namely the knick point. Predicting such mechanical behavior of SW-αPNTs may be an important design factor for lithium-ion batteries, supercapacitors, and energy storage devices. The simulations show that the ultimate stress is increased by increasing the diameter of the pristine SW-αPNTs. The trend is identical for the ultimate strain and stress-strain slope as the diameter of the pristine zigzag SW-αPNTs enlarges. The obtained results denote that by increasing the strain rate, the ultimate stress/ultimate strain are respectively increased/declined. The stress-strain slope keeps increasing as the strain rate grows. It is worth noting that the existence of mono-atomic vacancy defects in the (12,0) zigzag and (0,10) armchair SW-αPNT structures leads to a drop in the tensile strength by amounts of 11.1% and 12.5%, respectively. Also, the ultimate strain is considerably altered by mono-atomic vacancy defects.
Bo-Youp Choi;Chang-Ryeon Son;Joon-Sik Son;Min-Ho Park;Chang-Yong Song
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_3
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pp.1279-1288
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2023
Recently, domestic leisure boats have been actively researching eco-friendly product development to enter the global market. Since the hulls of existing leisure boats are mainly made of fiber reinforced plastic (FRP) or aluminum, design techniques for securing structural safety by applying related materials have been mainly studied. In this study, an initial structural design safety assessment of a trimaran pontoon leisure boat with a modular hull structure and eco-friendly high-density polyethylene (HDPE) material was conducted, and sensitivity evaluation and optimization analysis for lightweight design were performed. The initial structural design safety assessment was carried out by creating a finite element analysis model and applying the loading conditions specified in the ship classification regulation to check whether the specified allowable stresses are satisfied. For the sensitivity evaluation, the influence of stress and weight of each hull structural member was evaluated using the orthogonal array design of experiments method, and an approximate model based on the response surface method was generated using the results of the design of experiments. The optimization analysis set the thickness of the hull structural members as the design variable and considered the optimal design formulation to minimize the weight while satisfying the allowable stress. The algorithm of the optimization analysis applied the Gradient-population Based Optimizer (GBO) to improve the accuracy of the optimal solution convergence while reducing the numerical cost. Through this study, the optimal design of a newly developed eco-friendly trimaran pontoon leisure boat with a weight reduction of 10% was presented.
Direct alcohol fuel cells (DAFCs) have gained much attention as promising energy conversion devices due to their ability to utilize alcohol as a fuel source. In this regard, Molybdenum-based electrocatalysts (Mo-ECs) have emerged as a substitution for expensive Pt and Ru-based co-catalyst electrode materials in DAFCs, owing to their unique electrochemical properties useful for alcohol oxidation. The catalytic activity of Mo-ECs displays an increase in alcohol oxidation current density by several folds to 1000-2000 mA mgPt-1, compared to commercial Pt and PtRu catalysts of 10-100 mA mgPt-1. In addition, the methanol oxidation peak and onset potential have been significantly reduced by 100-200 mV and 0.5-0.6 V, respectively. The performance of Mo-ECs in both acidic and alkaline media has shown the potential to significantly reduce the Pt loading. This review aims to provide a comprehensive overview of the bifunctional mechanism involved in the oxidation of alcohols and factors affecting the electrocatalytic oxidation of alcohol, such as synthesis method, structural properties, and catalytic support materials. Furthermore, the challenges and prospects of Mo-ECs for DAFCs anode materials are discussed. This in-depth review serves as valuable insight toward enhancing the performance and efficiency of DAFC by employing Mo-ECs.
In recent decades, the protection and vulnerability of civil structures under explosion loads became a critical issue in terms of security, which may cause loss of lives and structural damage. Concrete retaining walls also restrict soils and slopes from displacements; meanwhile, intensive temporary loading may cause massive damage. In the current study, the modified Johnson-Holmquist (also known as J-H2) material model is implemented for concrete materials to model damages into the ABAQUS through user-subroutines to predict the blasting-induced concrete damages and volume strains. For this purpose, a 3D finite-element model of the concrete retaining wall was conducted in coupled Eulerian-Lagrangian simulation. Subsequently, a blast load equal to 500 kg of TNT was considered in three different positions due to UFC 3-340-02. Influences of the critical parameters in smooth blastings, such as distance from a free face, position, and effective blasting time, on concrete damage rate and destroy patterns, are explored. According to the simulation results, the concrete penetration pattern at the same distance is significantly influenced by the density of the progress environment. The result reveals that the progress of waves and the intensity of damages in free-air blasting is entirely different from those that progress in a dense surrounding atmosphere such as soil. Half-damaged elements in air blasts are more than those of embedded explosions, but dense environments such as soil impose much more pressure in a limited zone and cause more destruction in retaining walls.
Guyed mast structures exhibit characteristics such as high flexibility, low mass, small damping ratio, and large aspect ratio, leading to a complex wind-induced vibration response mechanism. This study analyzed the time- and frequency-domain characteristics of the wind-induced response of a guyed mast structure using measured acceleration response data obtained from the Shenzhen Meteorological Gradient Tower (SZMGT). Firstly, 734 sets of 1-hour acceleration samples measured from 0:00 October 1, 2021, to 0:00 November 1, 2021, were selected to study the vibration shapes of the mast and the characteristics of the generalized extreme value (GEV) distribution. Secondly, six sets of typical samples with different vibration intensities were further selected to explore the Gaussian property and modal parameter characteristics of the mast. Finally, the modal parameters of the SZMGT are identified and the identification results are verified by finite element analysis. The findings revealed that the guyed mast vibration shape exhibits remarkable diversity, which increases nonlinearly along the height in most cases and reaches a maximum at the top of the tower. Moreover, the GEV distribution characteristics of the 734 sets of samples are closer to the Weibull distribution. The probability distribution of the structural wind vibration response under strong wind is in good agreement with the Gaussian distribution. The structural response of the mast under wind loading exhibits multiple modes. As the structural response escalates, the first three orders of modal energy in the tower display a gradual increase in proportion.
For the purpose of preciously describing real time traffic pattern in urban road network, dynamic network loading(DNL) models able to simulate traffic behavior are required. A number of different methods are available, including macroscopic, microscopic dynamic network models, as well as analytical model. Equivalency minimization problem and Variation inequality problem are the analytical models, which include explicit mathematical travel cost function for describing traffic behaviors on the network. While microscopic simulation models move vehicles according to behavioral car-following and cell-transmission. However, DNL models embedding such travel time function have some limitations ; analytical model has lacking of describing traffic characteristics such as relations between flow and speed, between speed and density Microscopic simulation models are the most detailed and realistic, but they are difficult to calibrate and may not be the most practical tools for large-scale networks. To cope with such problems, this paper develops a new DNL model appropriate for dynamic traffic assignment(DTA), The model is combined with vertical queue model representing vehicles as vertical queues at the end of links. In order to compare and to assess the model, we use a contrived example network. From the numerical results, we found that the DNL model presented in the paper were able to describe traffic characteristics with reasonable amount of computing time. The model also showed good relationship between travel time and traffic flow and expressed the feature of backward turn at near capacity.
The present study was carried out to assess exposure and risk to thiophanate-methyl wettable powder for agricultural worker during mixing/loading and application with power sprayer in green pepper, cucumber and apple fields. Dermal exposure was measured with patches, gloves, socks and masks, while inhalation exposure was evaluated with personal air pump and solid sorbent. Those methods were full validated before experiment. During mixing/loading, dermal exposure amount in green pepper, cucumber and apple fields was $24.0{\pm}6.7$, $4.5{\pm}1.5$ and $18.5{\pm}0.6mg$, corresponding to mean 0.007, 0.001 and 0.005% of prepared active ingredient, respectively. The major exposed part for mixer/loader was hands (78-92%). Dermal exposure amount for applicator in green pepper, cucumber and apple fields was $84.9{\pm}14.0$, $34.0{\pm}20.8$ and $30.7{\pm}9.1mg$, corresponding to mean 0.024, 0.016 and 0.013% of applied active ingredient, respectively. The main body parts of exposure in apple field were hands, while thighs and shins in other fields. Inhalation exposure amount in green pepper, cucumber and apple fields was $1.5{\pm}2.2$, $52.7{\pm}48.9$ and $4.0{\pm}4.9{\mu}g$ during mixing/loading and $0.2{\pm}0.1$, $23.2{\pm}12.4$ and $0.4{\pm}0.6{\mu}g$ for applicator, respectively. These results were suggested that main factors affecting dermal exposure were contact frequency to the plants, foliage density, hygienic behavior, work type, and working environment, while inhalation exposure was affected mainly by working environment, especially wind. In risk assessment, margin of safety for thiophanate-methyl in all cases was over 1. However, during application in green pepper field, margin of safety was close to 1.
The experimental study was made to propose the treatment method of wastewater in the high-density fish culture system. The BOD to COD ratios of effluents were almost same to 0.65 in the eel-farm, but were various in the farm rearing together with tilapia etc. A BOD rate curve of the eel-farm effluent could be described mathematically by the equation, $BODu=14.1(1-10^{-0.222t})+30.9(1-10^{-0.035(t-8)})$. Nitrification in Biological Fluidized Bed(BFB) system to treat the fish-farm wastewater could be reduce ammonium level up to $65{\sim}79\%$ when ammonium loading rates were between 0.014 and 0.075g $NH_4/g$ BVS-day. Nitrification efficiency was decreased by organic matters in the wastewater when ammonium loading was low(0.014 g $NH_4/g$ BVS-day). T-N removal ratios were decreased to increase loading in denitrification process, because of low C/N ratio. Based on much higher biological mass concentrations, BFB system takes many advantages of a practical viewpoint, such as stability of treatment efficiency and reduction of necessary site area for the facility, as compared with conventional treatment systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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