The main purpose of this study is to discuss the design wind loads for the structural frames of single-layer latticed domes with long spans. First, wind pressures are measured simultaneously at many points on dome models in a wind tunnel. Then, the dynamic response of several models is analyzed in the time domain, using the pressure data obtained from the wind tunnel experiment. The nodal displacements and the resultant member stresses are computed at each time step. The results indicate that the dome's dynamic response is generally dominated by such vibration modes that contribute to the static response significantly. Furthermore, the dynamic response is found to be almost quasi-static. Then, a series of quasi-static analyses, in which the inertia and damping terms are neglected, is made for a wide range of the dome's geometry. Based on the results, a discussion is made of the design wind load. It is found that a gust effect factor approach can be used for the load estimation. Finally, an empirical formula for the gust effect factor and a simple model of the pressure coefficient distribution are provided.
Flows were measured in an unshrouded centrifugal impeller. By using a single slanted hot-wire probe and a Kiel probe mounted on the impeller hub disk, the 3-D relative velocities and the rotary stagnation pressures were measured in seven circumferential planes between the inlet and outlet of the impeller rotating at 700 rpm, which diameter is 0.39 meter, and the static pressures and the slip factor at the impeller outlet were estimated from the measured values. Measurements were made for three flow rates corresponding to zero incidence and two others with the greater and the smaller one than zero. From the measured data in these flow rates, the followings were investigated in the impeller passage, the variation of the primary and secondary flows, the leakage flows, the wake's position and its size, the static pressure rise and the loss production mechanism. Furthermore the static pressure and the slip factor were compared with the results of inviscid Quasi-3D calculation.
This paper investigates the static buckling behaviours of Functionally Gradient Polymeric Material (FGPM) shells in the form of hemispherical segment. A new FGPM model based on experimental was considered to investigate the buckling problem of thin-walled spherical shells loaded by the external pressure. The spherical shells were formed by FGPM which was produced adding the two types of graphite powders into epoxy resin. The graphite powders were added to the epoxy resin as volume of 3, 6, 9, and 12%. Halpin-Tsai and Paul models were used to determine the elastic moduli of the parts of FGPM. The detailed static buckling analyses were performed by using finite element method. The influences of the types and volume of graphite powders on the buckling behaviour of the FGPM structures were investigated. The buckling loads of hemispherical FGPM shells based on Halpin-Tsai and Paul models were compared with those determined from the analytical solution of non-graphite condition existing for homogeneous material model. The comparisons between these material models showed that Paul model was overestimated. Besides, the critical buckling loads were predicted. The higher critical buckling loads were estimated for the PV60/65 graphite powder due to the compatible of the PV60/65 graphite powder with resin.
We have deigned, fabricated and compared four different types of static chaos microfluid mixers, including the mixers using straight channel flow, microblock-induced alternating whirl flow, microchannel-induced lamination flow, and combined alternating whirl-lamination flow. Among them, the alternating whirl-lamination (AWL-type) mixer, composed of 3-D rotationally arranged microblocks and dividing microchannels fabricated by conventional planar lithography process, is effective to reduce the mixing length over wide flow rate ranges. We characterize the performance of the fabricated mixers, through the flow visualization technique using phenolphthalein solution. We verify that the AWL-type microfluid mixer shows the shortest fluid mixing length of 2.8mm∼5.8mm for the flow rate range of Re=0.26∼26 with the pressure drop lower than 5kPa. Compared to the previous mixers, requiring the mixing lengths of 7∼17mm, the AWL-type microfluid mixer results in the 60% reduction of the mixing lengths. Due to the reduced mixing lengths within reasonable pressure drop ranges, the present micromixers have potentials for use in the miniaturized Micro-Total-Analysis-Systems($\mu$TAS).
If a plugged tube in a steam generator is broken, it may damage nearby intact tubes. To prevent this damage, it is recommended that a stabilizer is installed into the plugged tube. However, the installation cost of a stabilizer is very high. So studies are required to determine the conditions on which the installation is necessary. For this purpose static loads and dynamic loads applied on a tube should be known to estimate the residual strength and remaining fatigue and wear life of a plugged tube. Two-dimensional and three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) analyses are performed to obtain the drag coefficient for cross flow to a tube. Using the obtained drag coefficient, the static load can be estimated and the residual strength of a plugged tube can be calculated. An inclined flow problem is also analyzed and the vertical and horizontal forces are obtained and discussed.
This paper predicts the rotordynamic force coefficients of tilting pad journal bearings (TPJBs) with ball-socket pivot and compares the predictions to the published test data obtained under load-between-pad (LBP) configuration. The present TPJB model considers the pivot stiffness calculated based on the Hertzian contact stress theory. Due to the compliance of the pivot, the predicted journal eccentricity agree well with the measured journal center trajectory for increasing static loads, while the early prediction without pivot model consideration underestimates it largely. The predicted pressure profile shows the significant pressure development even on the unloaded pads along the direction opposite to the loading direction. The predicted stiffness coefficients increase as the static load and the rotor speed increase. They agree excellently with test data from open literature. The predicted damping coefficients increase as the static load increases and the rotor speed decreases. The prediction underestimates the test data slightly. In general, the current predictive model including the pivot stiffness improves the accuracy of the rotordynamic performance predictions when compared to the previously published predictions.
This paper examines the blood chamber of a left ventricular assist device (LVAD) under static loading conditions and standard operating temperatures. The LVAD's walls are made of a temperature-sensitive polymer (ChronoFlex C 55D) and are covered with a titanium nitride (TiN) nano-coating (deposited by laser ablation) to improve their haemocompatibility. A loss of cohesion may be observed near the coating-substrate boundary. Therefore, a micro-scale stress-strain analysis of the multilayered blood chamber was conducted with FE (finite element) code. The multi-scale model included a macro-model of the LVAD's blood chamber and a micro-model of the TiN coating. The theories of non-linear elasticity and elasto-plasticity were applied. The formulated problems were solved with a finite element method. The micro-scale problem was solved for a representative volume element (RVE). This micro-model accounted for the residual stress, a material model of the TiN coating, the stress results under loading pressures, the thickness of the TiN coating and the wave parameters of the TiN surface. The numerical results (displacements and strains) were experimentally validated using digital image correlation (DIC) during static blood pressure deformations. The maximum strain and stress were determined at static pressure steps in a macro-scale FE simulation. The strain and stress were also computed at the same loading conditions in a micro-scale FE simulation.
Lovisa, Amy C.;Wang, Vincent Z.;Henderson, David J.;Ginger, John D.
Wind and Structures
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제17권5호
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pp.495-513
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2013
Thin, high-strength steel roof cladding is widely used in residential and industrial low-rise buildings and is susceptible to failure during severe wind storms such as cyclones. Current cladding design is heavily reliant on experimental testing for the determination of roof cladding performance. Further study is necessary to evolve current design standards, and numerical modelling of roof cladding can provide an efficient and cost effective means of studying the response of cladding in great detail. This paper details the development of a numerical model that can simulate the static response of corrugated roof cladding. Finite element analysis (FEA) was utilised to determine the response of corrugated cladding subject to a static wind pressure, which included the anisotropic material properties and strain-hardening characteristics of the thin steel roof cladding. The model was then validated by comparing the numerical data with corresponding experimental test results. Based on this comparison, the model was found to successfully predict the fastener reaction, deflection and the characteristics in deformed shape of the cladding. The validated numerical model was then used to predict the response of the cladding subject to a design cyclone pressure trace, excluding fatigue effects, to demonstrate the potential of the model to investigate more complicated loading circumstances.
In order to analyze the static and dynamic structural characteristics of the Obermeyer gate under overflow conditions, the force characteristics and vibration characteristics of the shield plate structure are studied based on the fluid-solid coupling theory. In this paper, the effects of the flow rate, airbag pressure and overflow water level on the structural performance of shield plate of air shield dam are explored through the method of controlling variables. The results show that the maximum equivalent stress and total deformation of the shield plate decrease first and then increase with the flow velocity. In addition, they are positively correlated with the airbag pressure. What's more, we find that the maximum equivalent stress of the shield plate decreases first and then increases with the overflow water level, and the total deformation of the shield plate decreases with the overflow water level. What's more importantly, the natural frequency of the shield structure of the Obermeyer gate is concentrated at 50 Hz and 100 Hz, so there is still the possibility of resonance. Once the resonance occurs, the free edge of the shield vibrates back and forth. This work may provide a theoretical reference for the safe and stable operation of the shield of the Obermeyer gate.
In this research, an approach combining a semi-analytical method and an analytical method is presented to investigate the static and dynamic post-buckling behavior of the sandwich functionally graded (FG) porous cylindrical shells exposed to external pressure. The sandwich cylindrical shell considered is composed of a viscoelastic core and two FG porous (FGP) face layers. The viscoelastic core is made of Kelvin-Voigt-type material. The material properties of the FG porous face layer are considered continuous through each face thickness according to a porosity coefficient and a volume fraction index. Two types of sandwich FG porous viscoelastic cylindrical shells named Type A and Type B are considered in the research. Type A shell has the porosity evenly distributed across the thickness direction, and Type B has the porosity unevenly distributes across the thickness direction. The FG face layers are considered in two cases: outside metal surface, inside ceramic surface (OMS-ICS), and inside metal surface, outside ceramic surface (IMS-OCS). According to Donnell shell theory, von-Karman equation, and Galerkin's method, a discretized nonlinear governing equation is derived for analyzing the behavior of the shells. The explicit expressions for static and dynamic critical buckling loading are thus developed. To study the dynamic buckling of the shells, the governing equation is examined via a numerical approach implementing the fourth-order Runge-Kutta method. With a procedure presented by Budiansky-Roth, the critical load for dynamic post-buckling is obtained. The effects of various parameters, such as material and geometrical parameters, on the post-buckling behaviors are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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