Aresti, Lazaros;Tutar, Mustafa;Chen, Yong;Calay, Rajnish K.
Wind and Structures
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v.17
no.6
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pp.647-670
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2013
The paper presents a numerical approach to study of fluid flow characteristics and to predict performance of wind turbines. The numerical model is based on Finite-volume method (FVM) discretization of unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. The movement of turbine blades is modeled using moving mesh technique. The turbulence is modeled using commonly used turbulence models: Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ turbulence models. The model is validated with the experimental data over a large range of tip-speed to wind ratio (TSR) and blade pitch angles. In order to demonstrate the use of numerical method as a tool for designing wind turbines, two dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) simulations are carried out to study the flow through a small scale Darrieus type H-rotor Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The flows predictions are used to determine the performance of the turbine. The turbine consists of 3-symmetrical NACA0022 blades. A number of simulations are performed for a range of approaching angles and wind speeds. This numerical study highlights the concerns with the self-starting capabilities of the present VAWT turbine. However results also indicate that self-starting capabilities of the turbine can be increased when the mounted angle of attack of the blades is increased. The 2-D simulations using the presented model can successfully be used at preliminary stage of turbine design to compare performance of the turbine for different design and operating parameters, whereas 3-D studies are preferred for the final design.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.191-201
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2024
In this study, three-dimensional finite element analysis was used to analyze the behavior of existing and reinforcing piles according to the pile support conditions for vertical extension remodeling. Cap support conditions (group pile, piled raft foundation) and pile tip conditions (rock, soil embedment) were considered as factors influencing existing and reinforcing piles behavior. For the quantitative analysis of existing and reinforcing piles, the displacement, load distribution ratio, and axial force by depth according to the analysis stage were analyzed. As a result of the analysis, it was confirmed that the largest settlement occurred in the reinforcing pile due to the pre-loading method. In particular, a large amount of settlement occurred in group piles regardless of the embedment conditions. In the piled raft foundation, it was confirmed that the displacement and load distribution ratio of existing piles and reinforcing piles were reduced due to the influence of the raft. The axial force by depth showed a difference between group pile and piled raft foundation, which appears to be a major factor affecting displacement and load distribution ratio. Based on the numerical analysis results, it was confirmed that cap support conditions and pile tip embedment conditions should be considered in the design of pile foundations for vertical extension remodeling.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.117-130
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2001
Investigations of low-rice unbounded reinforced concrete shear walls with or without openings are performed with comparison of analytical and experimental results. Theoretical analysis is based on nonlinear finite element algorithm, which incorporates concrete failure criterion and nonlinear constitutive relationships. Studios focus on the effects of height-to-length ratio of shear walls, opening ratio, horizontal and vertical reinforcement radios, and diagonal reinforcement. Analytical solutions conform well with experimental results. Equations for cracking, yielding and ultimate loads with corresponding lateral displacements are derived by regression using analytical results and experimental data. Also, failure modes of low-rise unbounded shear walls are theoretically investigated. An explanation of change in failure mode is ascertained by comparing analytical results and ACI code equations. Shear-flexural failure can be obtained with additional flexural reinforcement to increase a wall's capacity. This concept leads to a design method of reducing flexural reinforcement in low-rise bounded solid shear wall's. Avoidance of shear failure as well as less reinforcement congestion leer these walls is expected.
The determination of midtower longitudinal stiffness has become an essential component in the preliminary design of multi-tower suspension bridges. For a specific multi-tower suspension bridge, the midtower longitudinal stiffness must be controlled within a certain range to meet the requirements of sliding resistance coefficient and deflection-to-span ratio. This study presents a numerical method to divide different types of midtower and determine rational range of longitudinal stiffness for rigid midtower. In this method, influence curves of midtower longitudinal stiffness on sliding resistance coefficient and maximum vertical deflection-to-span ratio are first obtained from the finite element analysis. Then, different types of midtower are divided based on the regression analysis of influence curves. Finally, rational range for longitudinal stiffness of rigid midtower is derived. The Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is selected as the subject of this study. This will be the first three-tower four-span suspension bridge with steel truss girders and concrete midtower in the world. The proposed method provides an effective and feasible tool for engineers to design midtower of multi-tower suspension bridges.
Park, Ji-Hun;Kim, Gi-Myun;Lee, Sung-Kyung;Min, Kyung-Won
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.5
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pp.429-437
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2009
This study addresses the optimal shape of a LCVA maximizing its vibration control effect through numerical parametric study. Various LCVAs having the same total mass and tuning frequency are designed with constraints on the dimensions and water level, and one obtaining the highest equivalent damping ratio of the controlled system is chosen as an optimal solution. As a result, it was found that the limit on the variation of the water level in the vertical liquid column plays an important role constraining the shape of the LCVA. As the LCVA width perpendicular to the plane of liquid motion increases, the equivalent damping ratio rises with slowdown so that determination of the proper width is important in design of the LCVA shape.
Leaning-type arch bridge is a new spatial structural system composed of two vertical arches and two leaning arches. So far there has been no contrast analysis of leaning type arch bridge with different systems. This paper focus on a parametric study of leaning type arch bridge with different systems to find the influential rules on structural forces and stability and to provide some reference for practical designs. The parametric analysis is conducted with different rise-to-span ratios and bending rigidities of arch ribs by comparing internal forces. The internal forces decline obviously with the increase of the rise-to-span ratio. The bending moments at the centers of the main arches and the leaning arches are sensitive to the bending rigidities of arch ribs. Parametric studies are also carried out with different structural systems and leaning angles of the leaning arch by comparing the static stability. The lateral stiffness of leaning-type arch bridge is less than the in-plan stiffness. Compared with the leaning-type arch bridge without thrust, the leaning-type arch bridge with thrust has a lower stability safety coefficient. The stability safety coefficient rises gradually with the increase of inclining angle of the leaning arch. This study shows that the rise-to-span ratio, bending rigidities of arch ribs, structural system and leaning angles of the leaning arch are all critical design parameters. Therefore, these parameters in unreasonable range should be avoided.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.6
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pp.751-757
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2011
Subminiature devices such as Lab-on-a-chip and p-TAS(Micro Total Analysis System) have been intensively studied in biotechnology and chemistry, In many cases, a micromixer was widely used to mix different solutions for synthesizing novel materials. However, in microfluidic system, there is generally a laminar flow under very small Reynolds number so it is difficult to mix each solution perfectly. To settle this problem, we propose a new mixing mechanism which generates a horizontal and vertical multi-mixing (HVM) flow for effective mixing within a short mixing section. We evaluated the proposed mechanism using CFD analysis, and the results showed that the HVM mechanism had a relative high-effectiveness comparing to the existing methods.
The dynamic and structural responses of a 1000-m long circular submerged floating tunnel (SFT) with both ends fixed under survival irregular-wave excitations are investigated. The floater-mooring nonlinear and elastic coupled dynamics are modeled by a time-domain numerical simulation program, OrcaFlex. Two configurations of mooring lines i.e., vertical mooring (VM) and inclined mooring (IM), and four different buoyancy-weight ratios (BWRs) are selected to compare their global performances. The result of modal analysis is included to investigate the role of the respective natural frequencies and elastic modes. The effects of various submergence depths are also checked. The envelopes of the maximum/minimum horizontal and vertical responses, accelerations, mooring tensions, and shear forces/bending moments of the entire SFT along the longitudinal direction are obtained. In addition, at the mid-section, the time series and the corresponding spectra of those parameters are also presented and analyzed. The pros and cons of the two mooring shapes and high or low BWR values are systematically analyzed and discussed. It is demonstrated that the time-domain numerical simulation of the real system including nonlinear hydro-elastic dynamics coupled with nonlinear mooring dynamics is a good method to determine various design parameters.
Park, Chun Woong;Park, Chongdae;Choi, Woo Young;Seo, Dongsun;Jeong, Cherlhyun;Cho, Il Hwan
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.1
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pp.48-52
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2014
In this paper, scaling down characteristics of vertical channel phase random access memory are investigated with device simulator and finite element analysis simulator. Electrical properties of select transistor are obtained by device simulator and those of phase change material are obtained by finite element analysis simulator. From the fusion of both data, scaling properties of vertical channel phase change random access memory (VPCRAM) are considered with ITRS roadmap. Simulation of set reset current are carried out to analyze the feasibility of scaling down and compared with values in ITRS roadmap. Simulation results show that width and length ratio of the phase change material (PCM) is key parameter of scaling down in VPCRAM. Thermal simulation results provide the design guideline of VPCRAM. Optimization of phase change material in VPCRAM can be achieved by oxide sidewall process optimization.
In this paper, it was presented an investigation on the load-settlement and vertical stress analysis of the ring footings on the loose sand bed by conducting both laboratory model tests and numerical analyses. A total of twenty tests were conducted in geotechnical laboratory and numerical analyses of the test models were carried out using the finite element package Plaxis 3D to find the ultimate capacities of the ring footings. Moreover, the results obtained from both foregoing methods were compared with theoretical results given in the literature. The effects of the ring width on bearing capacity of the footings and vertical stresses along the depth were investigated. Consequently, the experimental observations are in a very good agreement with the numerical and theoretical results. The variation in the bearing capacity is little when $r_i/R_o$ <0.3. That means, when the ring width ratio, $r_i/R_o$, is equal to 0.3, this option can provide more economic solutions in the applications of the ring footings. Since, this corresponds to less concrete consumption in the ring footing design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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