Constitutive modeling that could reasonably predict and effectively evaluate the post-peak structural behavior while eliminating the mesh-dependency in numerical simulation remains to be developed for general engineering applications. Based on the previous work, a simple one-dimensional modeling procedure is proposed to predict and evaluate the post-peak response, as characterized by the evolution of localized strain field, of a steel member to monotonically uniaxial tension. The proposed model extends the classic one-dimensional softening with localization model as introduced by (Schreyer and Chen 1986) to account for the localization length, and bifurcation and rupture points. The new findings of this research are as follows. Two types of strain-softening functions (bilinear and nonlinear) are proposed for comparison. The new failure criterion corresponding to the constitutive modeling is formulated based on the engineering strain inside the localization zone at rupture. Furthermore, a new mathematical expression is developed, based on the strain rate inside and outside the localization zone, to describe the displacement field at which bifurcation occurs. The model solutions are compared with the experimental data on four low-carbon cylindrical steel bars of different lengths. For engineering applications, the model solutions are also compared to the experimental data of a cylindrical steel bar system (three steel bars arranged in series). It is shown that the bilinear and nonlinear softening models can predict the energy dissipation in the post-peak regime with an average difference of only 4%.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.833-847
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2021
The horizontal porous baffle and its effect as an anti-slosh device have been investigated intensively in a swaying and rolling rectangular tank. To accurately assess the level at which porous baffles reduce liquid sloshing, the Matched Eigenfunction Expansion Method (MEEM) has been utilized as an analytical tool. The velocity potentials in the horizontal baffle-covered fluid region are expressed by the sum of the homogeneous and particular solutions to avoid solving the complex dispersion equation. By applying an equivalent linearized quadratic loss model, the nonlinear algebraic equation is derived and solved by implementing the Newton-Raphson iterative scheme. To prove the validity of the present theoretical model, a series of experiments have been conducted with different centered horizontal porous baffles with varying porosities and submerged depths in a swaying and rolling rectangular tank. Reasonably good agreements are obtained regarding the analytical solutions and the experiment's findings. The influence of porosity, submerged depth, and length of a centered horizontal porous baffle on anti-slosh performance have been analyzed, especially at resonance modes. The developed predictive tool can potentially provide guidelines for optimal design of the horizontal porous baffle.
In the industry, it is recognized that human activities significantly lead to a large amount of wastewater, mainly due to the increased use of water and energy. As a result, the growing field of wastewater resource technology is getting more attention. The common technology for hydrogen production, water electrolysis, requires purified water, leading to the need for desalination and reprocessing. However, producing hydrogen directly from wastewater could be a more cost-effective option compared to traditional methods. To achieve this, a series of first-principle computational simulations were conducted to assess how waste nutrient ions affect standard electrolysis catalysts. This study focused on understanding the adsorption mechanisms of byproducts related to the oxygen evolution reaction (OER) in anion exchange membrane (AEM) electrolysis, using Co3O4 as a typical non-precious metal catalyst. At the same time, efforts were made to develop a comprehensive free energy prediction model for more accurate predictions of OER results.
Hajforoosh, Somayeh;Nabavi, Seyed M.H.;Masoum, Mohammad A.S.
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.7
no.4
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pp.501-512
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2012
Social welfare maximization in a double-sided auction market is performed by implementing an aggregation-based particle swarm optimization (CAPSO) algorithm for optimal placement and sizing of one Static Synchronous Series Compensator (SSSC) device. Dallied simulation results (without/with line flow constraints and without/with SSSC) are generated to demonstrate the impact of SSSC on the congestion levels of the modified IEEE 14-bus test system. The proposed CAPSO algorithm employs conventional quadratic smooth and augmented quadratic nonsmooth generator cost curves with sine components to improve the accurate of the model by incorporating the valve loading effects. CAPSO also employs quadratic smooth consumer benefit functions. The proposed approach relies on particle swarm optimization to capture the near-optimal GenCos and DisCos, as well as the location and rating of SSSC while the Newton based load flow solution minimizes the mismatch equations. Simulation results of the proposed CAPSO algorithm are compared to solutions obtained by sequential quadratic programming (SQP) and a recently implemented Fuzzy based genetic algorithm (Fuzzy-GA). The main contributions are inclusion of customer benefit in the congestion management objective function, consideration of nonsmooth generator characteristics and the utilization of a coordinated aggregation-based PSO for locating/sizing of SSSC.
Gimhae series has a high content of jarosite mineral which is evoluted in soils from sediments rich in sulfur. Chemical compositions of jarosite mineral and soil samples were analyzed with water and various extraction solutions to evaluate the pedogenetic processes of the soil. The pH of jarosite mineral and $Bg_3$ horizon are below 4.0 and not much changed after incubation of dry samples rich in jarosite. The pedogentic formation of jarosite was identified through the chemical analysis indicating that cations and anion of K, Na, Al and S are present in abandance in $Bg_2$ and $Bg_3$ horizons.
Kim, Ho-Gyun;Bae, Chang-Ok;Kim, Jae-Hwan;Son, Joo-Young
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.34
no.1
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pp.49-56
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2008
Reliability has been considered as an important design measure in various industrial systems. We discuss a reliability optimization problem with component choices (ROP-CC) subject to a budget constraint. This problem has been known as a NP-hard problem in the reliability design fields. Several researchers have been working to find the optimal solution through different heuristic methods. In this paper, we describe our development of simulated annealing (SA) and tabu search (TS) algorithms and a reoptimization procedure of the two algorithms for solving the problem. Experimental results for some examples are shown to evaluate the performance of these methods. We compare the results with the solutions of a previous study which used ant system (AS) and the global optimal solution of each example obtained through an optimization package, CPLEX 9.1. The computational results indicate that the developed algorithms outperform the previous results.
Beckerle, Philipp;Wojtusch, Janis;Rinderknecht, Stephan;von Stryk, Oskar
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.711-730
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2014
In this paper the system dynamic influences in actuators with variable stiffness as contemporary used in robotics for safety and efficiency reasons are investigated. Therefore, different configurations of serial and parallel elasticities are modeled by dynamic equations and linearized transfer functions. The latter ones are used to identify the characteristic behavior of the different systems and to study the effect of the different elasticities. As such actuation concepts are often used to reach energy-efficient operation, a power consumption analysis of the configurations is performed. From the comparison of this with the system dynamics, strategies to select and control stiffness are derived. Those are based on matching the natural frequencies or antiresonance modes of the actuation system to the frequency of the trajectory. Results show that exclusive serial and parallel elasticity can minimize power consumption when tuning the system to the natural frequencies. Antiresonance modes are an additional possibility for stiffness control in the series elastic setup. Configurations combining both types of elasticities do not provide further advantages regarding power reduction but an input parallel elasticity might enable for more versatile stiffness selection. Yet, design and control effort increase in such solutions. Topologies incorporating output parallel elasticity showed not to be beneficial in the chosen example but might do so in specific applications.
This study is firstly aiming at diagnosing the present problems of evaluating the performance, especially in the field of disaster and safety management, of LGA (Local Government Authorities) in Korea. The study also deals with developing alternatives to solve a series of barrier factors revealed during the evaluation process using System Dynamics. This paper therefore presents literature review including the official documents published by the government and the performance evaluation studies of LGA. Moreover the authors analyze the current practice of the CELG (Combined Evaluation of Local Governments) as performance management, address and map a series of barrier factors in the CELG process to elaborate the CLDs (Causal-Loop Diagrams) and find solutions using system thinking with the CLDs. According to the analysis results, the core barrier factors to overcome is lack of proactive indicators/indices in the current practice of the CLEG. The authors therefore recommend to develop more proactive indicators that leads to avoid difficulties in measuring the LGA output, as well as to lessen the burden in competition for rankings and goal of the displaced.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.1
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pp.43-51
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2001
The unsteady problems of ships in waves are analyzed by a low order panel method with Rankine source. Considering the basic flow as the uniform incoming flow(so called Kelvin flow) and also the double body flow. the solutions to satisfy the governing equation with the boundary conditions are obtained, and these two results are compared. The hydrodynamic coefficients for the modified Wigley hull and Series 60($C_B=0.7$) are computed and compared with the experimental data available and also other computational results published. It is shown that the computational results by the double body approximation agree well with the experimental results compared with those by the uniform Kelvin flow approximation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.4
no.4
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pp.219-224
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1992
A numerical method using the truncated Fourier series is presented to predict the wave potential and water surface profile for two dimensional nonlinear standing waves. The unknown coefficients of the series are to be determined through the Newton solution of nonlinear simultaneous equations given by the governing equation and boundary conditions of the problem. In order to prove the effectiveness of the present method. an existing Stokes-like perturbation method is considered together, and a hydraulic experiment for measuring water surface profile and wave pressure is performed as well. The results are such that the present method can generally give exact solutions even for relatively big wave stiffness regardless of the water depth condition. It also demonstrates its validity by showing double humps in the crest of temporal wave pressure profile which normally appear in strongly nonlinear standing waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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