Niroumand, Hamed;Mehrizi, Mohammad Emad Mahmoudi;Saaly, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-39
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2016
The finite element method (FEM), discrete element method (DEM), and Discontinuous deformation analysis (DDA) are among the standard numerical techniques applied in computational geo-mechanics. However, in some cases there no possibility for modelling by traditional finite analytical techniques or other mesh-based techniques. The solution presented in the current study as a completely Lagrangian and mesh-free technique is smoothed particle hydrodynamics (SPH). This method was basically applied for simulation of fluid flow by dividing the fluid into several particles. However, several researchers attempted to simulate soil-water interaction, landslides, and failure of soil by SPH method. In fact, this method is able to deal with behavior and interaction of different states of materials (liquid and solid) and multiphase soil models and their large deformations. Soil indicates different behaviors when interacting with water, structure, instrumentations, or different layers. Thus, study into these interactions using the mesh based grids has been facilitated by mesh-less SPH technique in this work. It has been revealed that the fast development, computational sophistication, and emerge of mesh-less particle modeling techniques offer solutions for problems which are not modeled by the traditional mesh-based techniques. Also it has been found that the smoothed particle hydrodynamic provides advanced techniques for simulation of soil materials as compared to the current traditional numerical methods. Besides, findings indicate that the advantages of applying this method are its high power, simplicity of concept, relative simplicity in combination of modern physics, and particularly its potential in study of large deformations and failures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.59-62
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2009
유체-고체 상호작용(FSI)은 산업전반에서 꼭 필요한 분야이면서도 쉽게 접근하기가 어려운 전산역학 분야의 난제 중 하나이다. 유체-고체 상호작용의 전산해석에서 유체와 고체 사이의 불일치 격자망을 어떻게 처리하는가는 매우 어렵고 민감한 부분이 된다. 운동학적 연속성과 계면을 따른 응력의 평형을 추적하기 위해 유체와 고체의 계면에서는 각각의 영역에서 해석된 물리량들을 다른 영역으로 정확히 전달해야 하는데 대부분의 유체-고체 상호작용의 문제들은 불일치 격자를 가지고 있기 때문에 불일치 격자망을 효과적으로 처리하는 수단이 필요하다. 그래서 넓은 분야에 걸쳐 적용 가능한 유체 고체 상호작용 문제에 대한 효과적인 해석방법의 제안이 큰 의미를 갖는다고 생각한다. 따라서 본 연구에서는 유체-고체 계면의 운동을 이동최소제곱 기반의 변절점 요소를 사용하여 모사함으로써 2차원 유체-고체의 상호작용(FSI)을 위한 새로운 접근방법을 제시하였다.
This paper describes the design of a small size Alkali Metal Thermal to Electric Converter (AMTEC) which employs a capillary structure for recirculating sodium working fluid. The cycle is based on the simple and small capillary type ${\beta}"$ -alumina and wick tube element. The proposed cell consists of the 37 conversion elements with capillary tube of $50{\mu}m$ in diameter and the sealed cylindrical vessel of 22mm in outer diameter. Results on the cycle analysis of sodium flow and heat transfer in the cell showed that the expected power output was 4.65W and the conversion efficiency was 19% for the source temperature of 900K.
Kim, Tae-Hun;Kim, Deok-Soo;Choi, Hyung-Chul;Kim, Woo-Seung;Lee, Se-Kyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.820-830
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1999
The coupled turbulent flow and solidification is considered in a typical slab continuous easting process using commercial program FIDAP. Standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model is modified to decay turbulent viscosity in the mushy zone and laminar viscosity is set to a sufficiently large value at the solid region. This coupled turbulent flow and solidification model also contains thermal contact resistance due to the mold powder and air gap between the strand and mold using an effective thermal conductivity. From the computed flow pattern, the trajectory of inclusion particles was calculated. The comparison between the predicted and experimental solidified shell thickness shows a good agreement.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.357-361
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2011
The terminal current in voltage driven systems is an essential role for characterizing the pattern of electric discharge such as corona, breakdown, etc. Until now, to evaluate this terminal current, Sato's equation has been widely used in areas of high voltage and plasma discharge. Basically Sato's equation was derived by using the energy balance equation and its final form described physical meaning explicitly. To give more general abilities in Sato's equation, we present a generalized approach by directly using the Poynting's theorem incorporating the finite element method. When the magnetic field effect or the time-dependent voltage source is considered, this generalized energy method can be easily applicable to those problems with any dielectric media such as gas, fluid, and solid. As an alternative approach, the integral Ohm's law resulting in small numerical errors has an ability to be applied to multi-port systems. To test the generalized energy method and integral Ohm's law, first, the results from two prosed methods were compared to those from Sato's approach and an analytic solution in parallel plane electrodes. After verification, the generalized method was applied to the tip-sphere electrodes for evaluating the terminal current with three carriers and the Fowler-Nordheim field emission condition. From these results, we concluded that the generalized energy method can be a consistent technique for evaluating the discharge current with various dielectric materials or large magnetic field.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.60-68
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1991
The updated Lagrangian Finite Element Method is introduced to analyse rigid body-fluid impact problem which is characterized by incompressible Navier-Stokes equations and impact-contact conditions between free surface and rigid body. For the convenience of numerical computation, velocity fields are splinted into vicous and pressure parts, and then the governing equations and boundary conditions are decomposed in accordance with the decomposition. However, Viscous stresses acting an the solid boundaries are neglected on the assumption that very small velocity gradients may occur during extremely small time interval of the impact. Four coded quadrilateral elements are used to discretize the space domain and the fully explicit time-marching algorithm is employed with a reasonably small time step. At the beginning of each time step, contact velocity of the rigid body is computed from the momentum balance between the body and the fluid. The velocity field is then computed to satisfy the discretized equations of motions and incompressibility and contact constraints as well as an exact free surface boundary condition. At the end of each time step, the fluid domain is updated from the velocity field. In the present time stepping numerical analysis, behaviour of the free surface near the body can be observed without any difficulty which is very important in the water impact problem. The applicability of the algorithm is illustrated by a wedge type falling body problem. The numerical solutions for time-varying pressure distributions and impact loadings acting ion the surface are obtained.
Although a rubber isolation cushion can reduce the dynamic response of a structure itself, it has little influence on the height of a sloshing wave and even may induce magnification action. Vertical baffles are set into a base-isolated Concrete Rectangular Liquid Storage Structure (CRLSS), and baffles are opened as holes to increase the energy dissipation of the damping. Problems of liquid nonlinear motion caused by baffles are described using the Navier-Stokes equation, and the space model of CRLSS is established considering the Fluid-Solid Interaction (FSI) based on the Finite Element Method (FEM). The dynamic response of an isolated CRLSS with various baffles under an earthquake is analyzed, and the results are compared. The results show that when the baffle number is certain, the greater the number of holes in baffles, the worse the damping effects; when a single baffle with holes is set in juxtaposition and double baffles with holes are formed, although some of the dynamic response will slightly increase, the wallboard strain and the height of the sloshing wave evidently decrease. A configuration with fewer holes in the baffles and a greater number of baffles is more helpful to prevent the occurrence of two failure modes: wallboard leakage and excessive sloshing height.
The pumps of electro-hydrostatic actuators operate most frequently in boundary lubrication speed range, as they compensate for the position control errors as a control element. When conventional swash plate type piston pumps are applied to electro-hydrostatic actuators, the frictional power losses as well as the wear rate of sliding components, such as piston shoes can increase drastically under the boundary friction condition. In this paper, the power losses of the piston shoes were investigated which were engendered by a frictional solid-to-solid contact and leakage flow rate of their hydrostatic bearing. In order to reduce them, DLC-coating was applied to the swash plate and the ball joint of pistons along with its effects were demonstrated. In addition, it was also shown that the wear rate of the piston shoes could be markedly reduced using the DLC-coated swash plate.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.606-611
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2000
It has been noted that the low frequency absorption coefficient of a porous sample placed in a standing wave tube is affected by the nature of the sample's edge constraint. The edge constraint has the effect of stiffening the solid phase of the sample, which itself can be strongly coupled to the material's fluid phase, and hence the incident sound field, by viscous means at low frequencies. In recent work it has also been shown that such a circumferential constraint causes the low frequency transmission loss of a layer of fibrous material to approach a finite low frequency limit that is proportional to the flow resistance of the layer and which is substantially higher than that of an unconstrained sample of the same material. However, it was also found that the benefit of the circumferential edge constraint was reduced in a transitional frequency range by a shearing resonance of the sample. Here it will be shown that the effect of that resonance can be mitigated or eliminated by adding additional axial and radial constraints running through the sample. It will also be shown that the constraint effect can be modeled closely by using a finite element procedure based on the Biot poroelastic theory. Implications for low frequency barrier design are also discussed.
Performance of micro scale intermediate temperature solid oxide fuel cell system has been successfully evaluated by computer simulation based on macro modeling. Two systems were studied in this work. The one is designed that the ceria-based electrolyte placed between composite electrodes and the other is designed that electrodes alternately placed on the electrolyte. The injected gas was composed of hydrogen and air. The polarization curve was obtained through a series of calculations for ohmic loss, activation loss and concentration loss. The calculation of each loss was based on the solving of mathematical model of multi physical-phenomena such as ion conduction, fluid dynamics and diffusion and convection by Finite Element Method (FEM). The performance characteristics of SOFC were quantitatively investigated for various structural parameters such as distance between electrodes and thickness of electrolyte.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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