Chen, Shenggang;Ye, Yinghua;Guo, Quanquan;Cheng, Shaohong;Diao, Bo
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.6
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pp.1039-1061
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2016
Based on Vlasov's torsional theory of open thin-walled members and the nonlinear constitutive relations of materials, a nonlinear analysis model to predict response of open thin-walled RC members subjected to pure torsion is proposed in the current study. The variation of the circulatory torsional stiffness and warping torsional stiffness over the entire loading process and the impact of warping shear deformation on the torsion-induced rotation of the member are considered in the formulation. The torque equilibrium differential equation is then solved by Runge-Kutta method. The proposed nonlinear model is then applied to predict the behavior of five U-shaped thin-walled RC members under pure torsion. Four of them were tested in an earlier experimental study by the authors and the testing data of the fifth one were reported in an existing literature. Results show that the analytical predictions based on the proposed model agree well with the experimental data of all five specimens. This clearly shows the validity of the proposed nonlinear model analyzing behavior of U-shaped thin-walled RC members under pure torsion.
Ajri, Masoud;Rastgoo, Abbas;Fakhrabadi, Mir Masoud Seyyed
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.5
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pp.623-637
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2019
This paper analyzes the non-stationary vibration and super-harmonic resonances in nonlinear dynamic motion of viscoelastic nano-resonators. For this purpose, a new coupled size-dependent model is developed for a plate-shape nano-resonator made of nonlinear viscoelastic material based on modified coupled stress theory. The virtual work induced by viscous forces obtained in the framework of the Leaderman integral for the size-independent and size-dependent stress tensors. With incorporating the size-dependent potential energy, kinetic energy, and an external excitation force work based on Hamilton's principle, the viscous work equation is balanced. The resulting size-dependent viscoelastically coupled equations are solved using the expansion theory, Galerkin method and the fourth-order Runge-Kutta technique. The Hilbert-Huang transform is performed to examine the effects of the viscoelastic parameter and initial excitation values on the nanosystem free vibration. Furthermore, the secondary resonance due to the super-harmonic motions are examined in the form of frequency response, force response, Poincare map, phase portrait and fast Fourier transforms. The results show that the vibration of viscoelastic nanosystem is non-stationary at higher excitation values unlike the elastic ones. In addition, ignoring the small-size effects shifts the secondary resonance, significantly.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.5
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pp.271-277
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2020
Recoverability and vulnerability of navy ships under underwater explosion are critical verification factors in the acquisition phase of navy ships. This paper aims to establish numerical analysis techniques for the underwater explosion of navy ships. Doubly Asymptotic Approach (DAA) Equation of Motion (EOM) of primary shock wave and secondary bubble pulse proposed by Geers-Hunter was introduced. Assuming a non-compressive fluid, reference solution of the DAA EOM of Geers-Hunter using Runge-Kutta method was derived for the secondary bubble pulse phase with an assumed charge conditions. Convergence analyses to determine fluid element size were performed, suggesting that the minimum fluid element size for underwater explosion analysis was 0.1 m. The spherical and cylindrical fluid domains were found to be appropriate for the underwater explosion analyses from the fluid domain shape study. Because the element size of 0.1 m was too small to be applied to the actual navy ships, a very slender beam with the square solid section was selected for the study of fluid domain existence effect. The two underwater explosion models with/without fluid domain provided very similar results in terms of the displacement and stress processes.
The Molten Salt Reactor (MSR), one of the six advanced reactor types of the 4th generation nuclear energy systems, has many impressive features including economic advantages, inherent safety and nuclear non-proliferation. This paper introduces a system analysis code named TREND, which is developed and used for the steady and transient simulation of MSRs. The TREND code calculates the distributions of pressure, velocity and temperature of single-phase flows by solving the conservation equations of mass, momentum and energy, along with a fluid state equation. Heat structures coupled with the fluid dynamics model is sufficient to meet the demands of modeling MSR system-level thermal-hydraulics. The core power is based on the point reactor neutron kinetics model calculated by the typical Runge-Kutta method. An incremental PID controller is inserted to adjust the operation behaviors. The verification and validation of the TREND code have been carried out in two aspects: detailed code-to-code comparison with established thermal-hydraulic system codes such as RELAP5, and validation with the experimental data from MSRE and the CIET facility (the University of California, Berkeley's Compact Integral Effects Test facility).The results indicate that TREND can be used in analyzing the transient behaviors of MSRs and will be improved by validating with more experimental results with the support of SINAP.
Kuznetsova, Elena L.;Starovoitov, Eduard I.;Vakhneev, Sergey;Kutina, Elena V.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.9
no.2
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pp.95-102
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2022
The paper investigates the process of pulsation of a spherical cavity (bubble) in a liquid under the influence of a source of ultrasonic vibrations. The process of pulsation of a cavitation pocket in liquid is investigated. The Kirkwood-Bethe model was used to describe the motion. A numerical solution algorithm based on the Runge-Kutta-Felberg method of 4-5th order with adaptive selection of the integration step has been developed and implemented. It was revealed that if the initial bubble radius exceeds a certain value, then the bubble will perform several pulsations until the moment of collapse. The same applies to the case of exceeding the amplitude of ultrasonic vibrations of a certain value. The proposed algorithm makes it possible to fully describe the process of cavitation pulsations, to carry out comprehensive parametric studies and to evaluate the influence of various process parameters on the intensity of cavitation.
The objective of this paper is to compute entire flow field over Apollo-II, Aerospace Reentry Demonstrator (ARD), Orbital Experiment (OREX) with sharp shoulder and rounded shape shoulder and Space Recovery Experiment (SRE) at different flare-cone half-angle of 20° and 35°. This paper addresses numerical solutions of the compressible three-dimensional Euler equations on hexahedral meshes for a freestream Mach 6 and at an angle of incidence 5°. Furthermore, spatial discretization is accomplished by a cell centred finite volume formulation solution and advanced in time by an explicit multi-stage Runge-Kutta method. The flow field characteristics, distribution of surface pressure coefficient and Mach number on fore-body and aft-body are presented as a function of the geometrical parameters of many reentry capsules. The surface pressure variation is numerically integrated to obtain the aerodynamic drag and compared well with impact theory. The present numerical study has observed the significant dependence of the blunt body and the aft-body geometry of the vehicle and can be used to study atmospheric conditions during re-entry trajectory. The numerical analysis reveals the significant influence of capsule geometry on the flow characteristics of the mechanism of upstream and structure of the flow near the wake region and aerodynamic drag coefficient.
In this study, new integrated particle tracking algorithm was developed to reduce the inherent problem of Eulerian- Lagrangian method, or adverse effect of particle tracking error on mass balance error. The new integrated particle tracking algorithm includes numerical method, semi-analytical method, and analytical method which consider both temporal and spatial changes of velocity field during time step. Detail of mathematical derivations is well illustrated and four examples are made to verify through the comparison of the new integrated particle tracking with analytical solution or Runge-Kutta method. Additionally, It was shown that the there is better superiority of the new integrated particle tracking algorithm over other existing particle tracking method such as Lu's method.
In this study, a nonlinear wave simulation code is developed using a higher-order spectral (HOS) method. The HOS method is very efficient because it can determine the solution of the boundary value problem using fast Fourier transform (FFT) without matrix operation. Based on the HOS order, the vertical velocity of the free surface boundary was estimated and applied to the nonlinear free surface boundary condition. Time integration was carried out using the fourth order Runge-Kutta method, which is known to be stable for nonlinear free-surface problems. Numerical stability against the aliasing effect was guaranteed by using the zero-padding method. In addition to simulating the initial wave field distribution, a nonlinear adjusted region for wave generation and a damping region for wave absorption were introduced for wave generation simulation. To validate the developed simulation code, the adjusted simulation was carried out and its results were compared to the eighth order Stokes theory. Long-time simulations were carried out on the irregular wave field distribution, and nonlinear wave propagation characteristics were observed from the results of the simulations. Nonlinear adjusted and damping regions were introduced to implement a numerical wave tank that successfully generated nonlinear regular waves. According to the variation in the mean wave steepness, irregular wave simulations were carried out in the numerical wave tank. The simulation results indicated an increase in the nonlinear interaction between the wave components, which was numerically verified as the mean wave steepness. The results of this study demonstrate that the HOS method is an accurate and efficient method for predicting the nonlinear interaction between waves, which increases with wave steepness.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.13
no.3
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pp.259-259
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2003
Genetic algorithms using a Process of genetic evolution of an organism are appropriate for hard problems that have not been solved by any deterministic method. Up to now, the controller design method has been made with the frequency dependent specification but the design method with the time specification has gotten little progress. In this paper, we study the controller design to satisfy the performance of a plant using the generalized Manabe standard form. When dealing with a controller design in the case of two parameter configurations, there are some situations that neither a known pseudo inverse technique nor the inverse method can be applicable. In this case, we propose two methods of designing a controller by the gradient algorithm and the new pseudo inverse method so that the desired closed polynomials are either equalized to or approximated to the designed polynomial. Design methods of the proposed controller are implemented in Java.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.12-20
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1998
Exter ballistics of a typical high-speed projectile is studied through a flow-visualization experiment and an unstructured grid Navier-Srokes computation. Experiment produced a schlieren photograph that adequately shows the characteristic features of this complex flow, namely two kinds of oblique cone shocks and turbulent wake developing into the downstream. A hybrid scheme of finite volume-element method is used to simulate the compressible Reynolds-Averaged Navier-Stok- es solution on unstructured grids. Osher's approximate Riemann solver is used to discretize the cinvection term. Higher-order spatial accuracy is obtained by MUSCL extension and van Albada ty- pe flux limiter is used to stabilize the numerical oscillation near the solution discontinuity. Accurate Gakerkin method is used to discretize the viscous term. Explict fourth-order Runge-Kutta method is used for the time-stepping, which simplifies the application of MUSCL extension. A two-layer k-$\varepsilon$ turbulence model is used to simulate the turbulent wakes accurately. Axisymmetric folw and two-dimensional flow with an angle of attack have been computed. Grid-dependency is also checked by carrying out the computation with doubled meshes. 2-D calculation shows that effect of angle of attack on the flow field is negligible. Axi-symmetric results of the computation agrees well with the flow visualization. Primary oblique shock is represented within 2-3 meshes in numerical results, and the varicose mode of the vortex shedding is clearly captured in the turbulent wake region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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