The interdisciplinary research area of small scale energy harvesting has attracted tremendous interests in the past decades, with a goal of ultimately realizing self-powered electronic systems. Among the various available ambient energy sources which can be converted into electricity, wind energy is a most promising and ubiquitous source in both outdoor and indoor environments. Significant research outcomes have been produced on small scale wind energy harvesting in the literature, mostly based on piezoelectric conversion. Especially, modeling methods of wind energy harvesting techniques plays a greatly important role in accurate performance evaluations as well as efficient parameter optimizations. The purpose of this paper is to present a guideline on the modeling methods of small-scale wind energy harvesters. The mechanisms and characteristics of different types of aeroelastic instabilities are presented first, including the vortex-induced vibration, galloping, flutter, wake galloping and turbulence-induced vibration. Next, the modeling methods are reviewed in detail, which are classified into three categories: the mathematical modeling method, the equivalent circuit modeling method, and the computational fluid dynamics (CFD) method. This paper aims to provide useful guidance to researchers from various disciplines when they want to develop and model a multi-way coupled wind piezoelectric energy harvester.
Jovanovic, Miomir L.J.;Radoicic, Goran N.;Stojanovic, Vladimir S.
Structural Engineering and Mechanics
/
v.71
no.5
/
pp.553-562
/
2019
This paper presents the results of a study into the dynamic behaviour of a support structure of a mobile elevating work platform. The vibrations of the mechanical system of the observed structure are examined analytically, numerically, and experimentally. Within the analytical examination, a simple mathematical model is developed to describe free and forced vibrations. The dynamic analysis of the mechanical system is conducted using a discrete dynamic model with a reduced number of vibrational degrees of freedom. On the basis of the expression for the system energy, and by applying Lagrange's equations of the second kind, differential equations are derived for system vibrations, frequencies are determined, and the laws of forced platform vibration are established. At the same time, a nonlinear FEM model is developed and the laws of free and forced vibration are determined. The experimental and numerical part of the study deal with the examination of the real structure in extreme conditions, taking into account: the lowest eigenfrequency, forced actions that could endanger the general stability, the maximal amplitudes, and the acceleration of the work platform. The obtained analytical and numerical results are compared with the experiments. The experimental verification points to the adverse behaviour of the platform in excitation cases - swaying. In such a situation, even a relatively small physical force can lead to unacceptably high amplitudes of displacement and acceleration - exceeding the usual work values.
This paper deals with the static and dynamic behavior of Functionally Graded Carbon Nanotubes (FG-CNT)-reinforced porous sandwich (PMPV) polymer plate. The model of nanocomposite plate is investigated within the first order shear deformation theory (FSDT). Two types of porous sandwich plates are supposed (sandwich with face sheets reinforced / homogeneous core and sandwich with homogeneous face sheets / reinforced core). Functionally graded Carbon Nanotubes (FG-CNT) and uniformly Carbon Nanotubes (UD-CNT) distributions of face sheets or core porous plates with uniaxially aligned single-walled carbon nanotubes are considered. The governing equations are derived by using Hamilton's principle. The solution for bending and vibration of such type's porous plates are obtained. The detailed mathematical derivations are provided and the solutions are compared to some cases in the literature. The effect of the several parameters of reinforced sandwich porous plates such as aspect ratios, volume fraction, types of reinforcement, number of modes and thickness of plate on the bending and vibration analyses are studied and discussed. On the question of porosity, this study found that there is a great influence of their variation on the static and vibration of porous sandwich plate.
This article derived a hybrid coupling technique using the higher-order displacement polynomial and three soft computing techniques (teaching learning-based optimization, particle swarm optimization, and artificial bee colony) to predict the optimal stacking sequence of the layered structure and the corresponding frequency values. The higher-order displacement kinematics is adopted for the mathematical model derivation considering the necessary stress and stain continuity and the elimination of shear correction factor. A nine noded isoparametric Lagrangian element (eighty-one degrees of freedom at each node) is engaged for the discretisation and the desired model equation derived via the classical Hamilton's principle. Subsequently, three soft computing techniques are employed to predict the maximum natural frequency values corresponding to their optimum layer sequences via a suitable home-made computer code. The finite element convergence rate including the optimal solution stability is established through the iterative solutions. Further, the predicted optimal stacking sequence including the accuracy of the frequency values are verified with adequate comparison studies. Lastly, the derived hybrid models are explored further to by solving different numerical examples for the combined structural parameters (length to width ratio, length to thickness ratio and orthotropicity on frequency and layer-sequence) and the implicit behavior discuss in details.
This study, analyses the seismic response for a rigid massless square foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock. The foundation is subjected either to externally applied forces or to obliquely incident seismic body or surface harmonic seismic waves P, SV and SH. A 3-D frequency domain BEM formulation in conjunction with the thin layer method (TLM) is adapted here for the solution of elastodynamic problems and used for obtained the seismic response. The mathematical approach is based on the method of integral equations in the frequency domain using the formalism of Green's functions (Kausel and Peck 1982) for layered soil, the impedance functions are calculated by the compatibility condition. In this study, The key step is the characterization of the soil-foundation interaction with the input motion matrix. For each frequency the impedance matrix connects the applied forces to the resulting displacement, and the input motion matrix connects the displacement vector of the foundation to amplitudes of the free field motion. This approach has been applied to analyze the effect of soil-structure interaction on the seismic response of the foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
/
v.12
no.1
/
pp.645-656
/
2020
In this study (Part II), the empirical formulation of corrosion model of a ship's ballast tank was developed to predict nonlinear time-dependent corrosion wastage based on the advanced data processing technique proposed by Part I. The detail on how to propose generalised mathematical formulation of corrosion model was precisely documented in the previous paper (Part I). The statistical scatter of corrosion data at any exposure time was investigated by the refined method and formulated based on a 2-parameter Weibull distribution which selected the best fit PDF. Throughout the nine (9) steps, empirical formulation of the ship's seawater ballast tank was successfully proposed and four (4) key step results were also obtained. The proposed method in Part I was verified and confirmed by this application of seawater ballast tank, thus making it possible to predict accurate behaviours of nonlinear timedependent corrosion. Developed procedures and obtained corrosion damage model for ship's seawater ballast tank can be used for development of engineering software.
Extending the method of extractions of square and cube roots in Jiuzhang Suanshu, Jia Xian introduced zengcheng kaifangfa in the 11th century. The process of zengcheng kaifangfa is exactly the same with that in Ruffini-Horner method introduced in the 19th century. The latter is based on the synthetic divisions, but zengcheng kaifangfa uses the binomial expansions. Since zengcheng kaifangfa is based on binomial expansions, traditional mathematicians in East Asia could not relate the fact that solutions of polynomial equation p(x) = 0 are determined by the linear factorization of p(x). The purpose of this paper is to reveal the difference between the mathematical structures of zengcheng kaifangfa and Ruffini-Honer method. For this object, we first discuss the reasons for zengcheng kaifangfa having difficulties to connect solutions with linear factors. Furthermore, investigating multiple solutions of equations constructed by tianyuanshu, we show differences between two methods and the structure of word problems in the East Asian mathematics.
International Journal of Advanced Culture Technology
/
v.10
no.3
/
pp.339-345
/
2022
In this paper, the effect of porosity on the acoustic phase velocity of the 3D printed Kelvin closed-cell structure was investigated using the spectral phase analysis. Since Kelvin cells bring about the large amount of scattering, acoustic pulses in ultrasonic measurements undergoes a distortion of waveforms due to the dispersion effect. In order to take account on the dispersion, mathematical expressions for calculating the phase velocity of longitudinal waves propagating normal to the plane of the Kelvin structure are suggested by introducing a complex wave number based on Fourier transform. 3D Kelvin structure composed of identical unit-cells, a polyhedron of 14 faces with 6 quadrilateral and 8 hexagonal faces, was developed and fabricated by 3D CAD and 3D printer to represent the micro-structure of porous materials such as aluminum foam and cancellous bone. Total nine samples of 3D Kelvin structure with different porosity were made by changing the thickness of polyhedron. Ultrasonic pulse of 1MHz center frequency was applied to the Kelvin structures for the measurement of the phase velocity of ultrasound using the TOF(time-of-flight) and the phase spectral method. From the experimental results, it was found that the acoustic phase velocity decreased linearly with the porosity.
Ci, Junchang;Ahmed, Mizan;Tran, Viet-Linh;Jia, Hong;Chen, Shicai;Nguyen, Tan N.
Steel and Composite Structures
/
v.43
no.6
/
pp.689-706
/
2022
Thin-walled square concrete-filled double steel tubular (CFDST) columns composed of the inner circular tube filled with concrete can be used to carry the large axial loads or strengthen existing CFST columns in composite constructions. This paper reports an experimental program carried out on short square CFDST columns loaded concentrically. The influences of important column parameters on the post-buckling performance of such columns are investigated. Test results exhibit that the inner circular tube significantly improves the ultimate loads and the ductility of such columns compared to conventional concrete-filled steel tubular (CFST) and double-skin CFST (DCFST) columns with an inner void. A mathematical model developed is used to simulate the ultimate strengths and load-strain curves of such columns loaded axially. Furthermore, the ultimate strengths of such columns are predicted using existing codified design models for conventional CFST columns as well as the formulas proposed by previous researchers and compared against a large database comprising 500 CFDST columns. Lastly, an accurate artificial neural network model is developed for the practical applications of such columns under axial loading.
Belkhodja, Y.;Ouinas, D.;Fekirini, H.;Olay, J.A. Vina;Achour, B.;Touahmia, M.;Boukendakdji, M.
Smart Structures and Systems
/
v.29
no.3
/
pp.395-420
/
2022
A new hybrid quasi-3D and 2D high-order shear deformation theory is studied in this mathematical formulation, for an investigation of the bending, free vibrations and buckling influences on a functionally graded material plate. The theoretical formulation has been begun by a displacement field of five unknowns, governing the transverse displacement across the thickness of the plate by bending, shearing and stretching. The transverse shear deformation effect has been taken into consideration, satisfying the stress-free boundary conditions, especially on plate free surfaces as parabolic variation through its thickness. Thus, the mechanical properties of the functionally graded plate vary across the plate thickness, following three distributions forms: the power law, exponential form and the Mori-Tanaka scheme. The mechanical properties are used to develop the equations of motion, obtained from the Hamilton principle, and solved by applying the Navier-type solution for simply supported boundary conditions. The results obtained are compared with other solutions of 2D, 3D and quasi-3D plate theories have been found in the literature.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.