Kerboua, Y.;Lakis, A.A.;Thomas, M.;Marcouiller, L.
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.1
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pp.91-111
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2008
This paper outlines the development of a computational model in order to analyze the dynamic behaviour of coupled fluid-structure systems such as a) liquid containers, b) a set of parallel or radial plates. In this work a hybrid fluid-solid element is developed, capable of simulating both membrane and bending effects of the plate. The structural mass and stiffness matrices are determined using exact integration of governing equations which are derived using a combination of classical plate theory and a finite element approach. The Bernoulli equation and velocity potential function are used to describe the liquid pressure applied on the solid-fluid element. An impermeability condition assures a permanent contact at the fluid-structure interface. Applications of this model are presented for both parallel and radial plates as well as fluid-filled rectangular reservoir. The effect of physical parameters on the dynamic behaviour of a coupled fluid-structure system is investigated. The results obtained using the presented approach for dynamic characteristics such as natural frequency are in agreement to those calculated using other theories and experiments.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.27
no.2
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pp.38-46
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1985
The reinforced concrete farm silos on the elastic foundatin are widely used in agricultural engineering because of their superior structural performance, economy and attractive appearance. Various methods for the analysis and design of farm silo, such as the analytical method, the finite difference method, and the finite element methods, can be used. But the analytical procedure can not be applied for the intricate conditions in practice. Therefore lately the finite element method has been become in the structural mechanics. In this paper, a method of finite element analysis for the cylindrical farm silo on ffness matrix for the elastic foundation governed by winkler's assumption. A complete computer programs have been developed in this paper can be applicable not only to the shell structures on elastic foundation but also to the arbitrary three dimensional structures. Assuming the small deflection theory, the membrane and plate bending behaviours of flat plate element can be assumed mutually uncoupled. In this case, the element has 5 degrees of freedom per node when defined in the local coordinate system. However, when the element properties are transformed to the global coordinates for assembly, the 6th degree of freedom should be considered. A problem arises in this procedure the resultant stiffness in the 6th degree of freedom at this node will be zero. But this singularity of the stiffness matrix can be eliminated easily by merely replacing the zero diagonal by dummy stiffness.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.866-870
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2008
In this study, we designed cold gas propulsion system with minimum 0.25 mm nozzle and micro-thrust measurement system to analyze flow characteristic of micro propulsion system in ambient and vacuum condition. Argon and Nitrogen are used for propellant and the result of experiments is compared with CFD analysis and theory. But there is a point where reduced scale versions of conventional propulsion systems will no longer be practical. Therefore, a fundamentally different approach to propulsion systems was taken. That is thermal transpiration based micro propulsion system. It has no moving parts such as lubricants, pressurizing system and can pump the gaseous propellant by temperature gradient only(cold to hot). We are advancing basic research of propulsion system based on thermal transpiration in vacuum conditions and had tried experiment process and theoretical access in advance. To characterize membrane of Knudsen pump, we select Polyimide material that has low thermal conductivity(0.29 W/mK) and can stand high temperature($300^{\circ}C$) for long time. And we fabricated hole diameter 1, 0.5, 0.2, 0.1 mm using precision manufacturing. Experimental results show that pressure gradient efficiency of Knudsen pump is increased to maximum 82% according to Knudsen number and thick membranes are more effective than thin membranes in transition flow regime.
This paper presents the semi-analytical development of the dynamic instability behavior and the dynamic response of functionally graded (FG) cylindrical shallow shell panel subjected to different type of periodic axial compression. First, in prebuckling analysis, the stresses distribution within the panels are determined for respective loading type and these stresses are used to study the dynamic instability behavior and the dynamic response. The prebuckling stresses within the shell panel are the same as applied in-plane edge loading for the case of uniform and linearly varying loadings. However, this is not true for the case of parabolic loadings. The parabolic edge loading produces all the stresses (${\sigma}_{xx}$, ${\sigma}_{yy}$ and ${\tau}_{xy}$) within the FG cylindrical panel. These stresses are evaluated by minimizing the membrane energy via Ritz method. Using these stresses the partial differential equations of FG cylindrical panel are formulated by applying Hamilton's principal assuming higher order shear deformation theory (HSDT) and von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ non-linearity. The non-linear governing partial differential equations are converted into a set of Mathieu-Hill equations via Galerkin's method. Bolotin method is adopted to trace the boundaries of instability regions. The linear and non-linear dynamic responses in stable and unstable region are plotted to know the characteristics of instability regions of FG cylindrical panel. Moreover, the non-linear frequency-amplitude responses are obtained using Incremental Harmonic Balance (IHB) method.
This paper presents the multiscale calculation results of the very fast volume transport in micro/nano cylindrical tubes with the wall slippage. There simultaneously occurs the adsorbed layer flow and the intermediate continuum fluid flow which are respectively on different scales. The modeled fluid is water and the tube wall is somewhat hydrophobic. The calculation shows that the power loss on the tube no more than 1.0 Watt/m can generate the wall slippage even if the fluid-tube wall interfacial shear strength is 1 MPa; The power loss on the scale 104 Watt/m produces the volume flow rate through the tube more than one hundred times higher than the classical hydrodynamic theory calculation even if the fluid-tube wall interfacial shear strength is 1 MPa. When the wall slippage occurs, the volume flow rate through the tube is in direct proportion to the power loss on the tube but in inverse proportion to the fluid-tube wall interfacial shear strength. For low interfacial shear strengths such as no more than 1 kPa, the transport in the tube appears very fast with the magnitude more than 4 orders higher than the classical calculation if the power loss on the tube is on the scale 104 Watt/m.
In this study, the removal of Ciprofloxacin (CPX) from aqueous solutions was investigated by a new activated carbon adsorbent prepared from orange peel (ACOP) with chemical activation using ZnCl2. The physicochemical properties of orange peel activated carbon were characterized by proximate and ultimate analysis, scanning electron microscopy, BET surface area determination and Fourier transformation infrared spectroscopic studies. According to Brunauer-Emmett-Teller isotherm and non-local-density functional theory, the cumulative surface area, pore volume and pore size of ACOP were determined as 1193 m2 g-1, 0.83 cc g-1 and 12.7 Å, respectively. The effects of contact time, pH, temperature and ACOP dose on the batch adsorption of CPX were studied. Adsorption equilibrium data of CPX with ACOP were found to be compatible with both the Langmuir and Freundlich isotherms. CPX adsorption capacity of ACOP was calculated as 181.8 mg g-1 using Langmuir isotherm. The CPX adsorption kinetics were found to be harmonious with the pseudo-second-order kinetic model. Conclusively, ACOP can be assessable as an effective adsorbent for the removal of ciprofloxacin (CPX) from aqueous solutions.
An accurate and highly efficient inverse element labelled iPCB is developed based on the inverse finite element method (iFEM) for real-time shape estimation of plane-curved structures (such as arch bridges) utilizing onboard strain data. This inverse problem, named shape sensing, is vital for the design of smart structures and structural health monitoring (SHM) procedures. The iPCB formulation is defined based on a least-squares variational principle that employs curved Timoshenko beam theory as its baseline. The accurate strain-displacement relationship considering tension-bending coupling is used to establish theoretical and measured section strains. The displacement fields of the isoparametric element iPCB are interpolated utilizing nonuniform rational B-spline (NURBS) basis functions, enabling exact geometric modelling even with a very coarse mesh density. The present formulation is completely free from membrane and shear locking. Numerical validation examples for different curved structures subjected to different loading conditions have been performed and have demonstrated the excellent prediction capability of iPCBs. The present formulation has also been shown to be practical and robust since relatively accurate predictions can be obtained even omitting the shear deformation contributions and considering polluted strain measures. The current element offers a promising tool for real-time shape estimation of plane-curved structures.
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.
Dog spermatozoa were recovered from the caudae epididymides of 23 domestic dogs which were 11 pure breed and 12 mix-breed dogs ranging in age from 0.6 to 3 years. The experimental designs were as follows: 1) the effect of chilling to 0. 10 or 37$^{\circ}C$. 2) the kinetics of chilling injury at 0 or 4$^{\circ}C$, and 3) the effect of sugars at $0^{\circ}C$. Viable spermatozoa were recovered by percoll gradient separation and adjusted to 5${\times}$10$^{7}$ spermatozoa/ml. In experiment 1, spermatozoa were diluted with 0.33 M glucose supplemented with 3% BSA (G-BSA) at 1:2 dilution. Spermatozoa were loaded into straws and exposed at 0, 10 or 37$^{\circ}C$ for 30 min. In experiment 2, spermatozoa were prepared as the experiment 1 and exposed for 0.5, 5, 15, or 30 min at 0 or 4$^{\circ}C$. In experiment 3, spermatozoa were diluted with different sugars (0.33 M galactose, glucose, fructose, mannitol, lactose, sucrose, raffinose) and cooled to $0^{\circ}C$ for 30 min. Sperm membrane integrity, motility and acrosome integrity were assayed after rewarming at 37$^{\circ}C$ for 5 min. Sperm motility and membrane integrity abruptly decreased with decreasing temperature but acrosome integrity gradually decreased (P<0.05). Sperm motility was more sensitive to cold shock than membrane integrity and acrosome integrity. Spermatozoa cooled to $0^{\circ}C$ were more damaged than those at 4$^{\circ}C$. Sperm motility was not different among exposed times at both. 0 and 4$^{\circ}C$. However, membrane integrity of spermatozoa exposed for 30 min at both 0 and 4$^{\circ}C$ was significantly lower (P<0.05). Spermatozoa diluted in 0.33 M fructose or galactose showed lower motility and higher morphological abnormality with coiled tail at $0^{\circ}C$. These sperm characteristics were strongly related. These results indicate that dog epididymal spermatozoa are relatively sensitive to rapid cooling and higher morphological abnormality at $0^{\circ}C$ was shown in spermatozoa diluted in fructose and galactose.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.545-565
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2018
A numerical code is developed based on potential flow theory to investigate nonlinear sloshing in rectangular Liquefied Natural Gas (LNG) tanks under forced excitation. Using this code, internal free-surface elevation and sloshing loads on liquid tanks can be obtained both in time domain and frequency domain. In the mathematical model, acceleration potential is solved in the calculation of pressure on tanks and the artificial damping model is adopted to account for energy dissipation during sloshing. The Boundary Element Method (BEM) is used to solve boundary value problems of both velocity potential and acceleration potential. Numerical calculation results are compared with published results to determine the efficiency and accuracy of the numerical code. Sloshing properties in partially filled rectangular and membrane tank under translational and rotational excitations are investigated. It is found that sloshing under horizontal and rotational excitations share similar properties. The first resonant mode and excitation frequency are the dominant response frequencies. Resonant sloshing will be excited when vertical excitation lies in the instability region. For liquid tank under rotational excitation, sloshing responses including amplitude and phase are sensitive to the location of the center of rotation. Moreover, experimental tests were conducted to analyze viscous effects on sloshing and to validate the feasibility of artificial damping models. The results show that the artificial damping model with modifying wall boundary conditions has better applicability in simulating sloshing under different fill levels and excitations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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