Krommer, Michael;Vetyukova, Yury;Staudigl, Elisabeth
Smart Structures and Systems
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v.18
no.1
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pp.155-181
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2016
In the present paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour of thin piezoelastic plates. The first part of the paper is concerned with the modelling of such plates. We discuss the constitutive modelling, starting with the three-dimensional constitutive relations within Voigt's linearized theory of piezoelasticity. Assuming a plane state of stress and a linear distribution of the strains with respect to the thickness of the thin plate, two-dimensional constitutive relations are obtained. The specific form of the linear thickness distribution of the strain is first derived within a fully geometrically nonlinear formulation, for which a Finite Element implementation is introduced. Then, a simplified theory based on the von Karman and Tsien kinematic assumption and the Berger approximation is introduced for simply supported plates with polygonal planform. The governing equations of this theory are solved using a Galerkin procedure and cast into a non-dimensional formulation. In the second part of the paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour for single term and multi term solutions of the non-dimensional equations. Finally, numerical results are presented using the Finite Element implementation for the fully geometrically nonlinear theory. The results from the simplified von Karman and Tsien theory are then verified by a comparison with the numerical solutions.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.4
no.3
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pp.45-54
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2000
Ignition transient is a. very rapid process lasting only in the order of 100 milliseconds and therefore it is difficult to measure all relevant ballistic properties. Numerical simulation is thus useful to quantify some of these hard to measure flow and ballistic properties. One-dimensional model was employed to study the effects of aging using simplified aging scenarios for both N-H sustainer and booster motors. Also the effects of newly designed igniter on the ignition of N-H sustainer was simulated. Radiation effects could be significant in terms of energy flux increase to the propellant surface and the energy exchange between the combustion gas itself. One dimension implementation of radiation showed significant effects for rear-mounted igniter. Implementation of radiation effects into 2-D axi-symmetric numerical model was completed and its effects on the N-H sustainer were examined. To have a reliable prediction of computer model on ignition transient, accurate chemical property data on the propellant and igniter gas are required. It was found that such property data on aged N-H motors are not available. Chemical aging model can be used to predict to some degree of accuracy effects of aging on chemical and mechanical properties. Such a model was developed, albeit 2-dimensional, to study migration of moisture through a representative solid rocket motor configuration.
A cable stayed bridge under construction has low structural damping and is not as stable as the completed bridge. Control countermeasures, such as the installation of energy dissipating devices, are thus required. In this study, the general procedure and key issues on adopting an active control device, the active mass damper (AMD), for vibration control of cable stayed bridges under construction were studied. Taking a typical cable stayed bridge as the prototype structure; a lab-scale test structure was designed and fabricated firstly. A baseline FEM model was then setup and updated according to the modal parameters measured from vibration test on the structure. A numerical study to simulate the bridge-AMD control system was conducted and an efficient LQG-based controller was designed. Based on that, an experimental implementation of AMD control of the transverse vibration of the bridge model was performed. The results from numerical simulation and experimental study verified that the AMD-based active control was feasible and efficient for reducing dynamic responses of a complex structural system. Moreover, the discussion made in this study clarified some critical problems which should be addressed for the practical implementation of AMD control on real cable-stayed bridges.
A jointed rock slope stability evaluation was simulated by a discontinuous deformation analysis numerical method to investigate the process and safety factors for different crack distributions and different overloading situations. An optimized method using Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure (DDARF) is presented to perform numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluation of the Dagangshan hydropower station. During the pre-processing of establishing the numerical model, an integrated software system including AutoCAD, Screen Capture, and Excel is adopted to facilitate the implementation of the numerical model with random joint network. These optimizations during the pre-processing stage of DDARF can remarkably improve the simulation efficiency, making it possible for complex model calculation. In the numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluations using the optimized DDARF, three calculation schemes have been taken into account in the numerical model: (I) no joint; (II) two sets of regular parallel joints; and (III) multiple sets of random joints. This model is capable of replicating the entire processes including crack initiation, propagation, formation of shear zones, and local failures, and thus is able to provide constructive suggestions to supporting schemes for the slope. Meanwhile, the overloading numerical simulations under the same three schemes have also been performed. Overloading safety factors of the three schemes are 5.68, 2.42 and 1.39, respectively, which are obtained by analyzing the displacement evolutions of key monitoring points during overloading.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.48
no.1
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pp.52-60
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1999
This paper deals with a fault detection and isolation scheme for a DC motor driven centrifugal pump system. The emphasis is placed on the design and implementation of the residual generatorm, based on parity relation, that provides decision logic unit with residuals that will be further processed to detect and isolate three important faults in the system;brush fault, impeller fault, and the speed sensor fault. Two process faults are modelled as multiplicative type faults, while the sensor fault as an additive one. With multiplicative fault, the implementation of the residual generator needs the time varying transformation matrix that must be computed on-line. Typical implementation methods lack in generality because only a numerical approximation around the assumed fault levels is employed. In this paper, a new implementation method using well tranined neural network is proposed to improve the generality of the residual generator. Application results show that the fault detection and isolation scheme with the proposed residual generator effectively isolates three major faults in the centrifugal pump system even with a wide range of fault magnitude.
Design and analysis of road subgrade system, which is exposed to repetitive loading condition, uses resilient modulus. The behavior of railway subgrade system will not be quite different from that of road system. Following this phenomenological feature of the subgrade system, this paper introduces the implementation of the resilient modulus based constitutive model on a commercial finite element software. The implementation of the resilient modulus models such as K-${\theta}$ and Uzan on a FE program has been conducted previously. These model assumes that the material state reaches to the nonlinear elastic condition and with further application of repetitive loads, the response of material is completed in elastic condition. According to the recent test results performed on cohesive subgrade soils, however, permanent deformation occurs with repetitive loads. With aids of previously suggested models the permanent deformation cannot be modeled. To overcome such limitation a plastic potential derived from the test results and simple failure criterion based constitutive model is developed. The comparison between the analysis and test results shows a good correlation.
Park, Jiyong;Kang, Hoonjong;Hong, Sunghee;Jung, Kwangmo;Lee, Seunghyun
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38C
no.10
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pp.911-919
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2013
Evaluation of the effect of radial distortion for a holographic stereogram demands conducting an experiment which comprises rendering of a 3D obejc, acquisition of perspective images, rearrangement of the acquired images for hogel images and quality assessment of the observing image reconstructed from the holographic stereogram. We propose numerical implementation of this evaluation by a specially developed algorithm for modeling of all required steps. The modeling is done by using a numerical model of an optical engine for generation of radially distorted hogel images at various degrees of distortion. The distorted images are used to form the holographic stereogram and to make the numerically reconstructed images from the holographic stereogram which are observed by an observer at desired location. The reconstructed images are compared by using PSNR.
A local behavior law, which includes elasticity, plasticity and damage, is developed in a three dimensional numerical model for concrete. The model is based on the Discrete Element Method (DEM)and the computational implementation has been carried out in the numerical Code YADE. This model was used to study the response of a concrete slab impacted by a rigid missile, and focuses on the extension of the compacted zone. To do so, the model was first used to simulate compression and hydrostatic tests. Once the local constitutive law parameters of the discrete element model were calibrated, the numerical model simulated the impact of a rigid missile used as a reference case to be compared to an experimental data set. From this reference case, simulations were carried out to show the importance of compaction during an impact and how it expands depending on the different impact conditions. Moreover, the numerical results were compared to empirical predictive formulae for penetration and perforation cases, demonstrating the importance of taking into account the local compaction process in the local interaction law between discrete elements.
In this paper, we demonstrated, through experiment and numerical reconstruction, that the bias and the conjugate image, which are main drawbacks in incoherent holography, can be removed. By using wave plates of the modified triangular interferometer, which was made by adding simple passive devices to the conventional triangular interferometer, we adjusted the relative phase differences of two optical waves traveling in clockwise and counterclockwise. In this way, we obtained four intensity patterns, and then by manipulating the four intensity patterns electronically we obtained the complex hologram without bias and the conjugate image. Comparing numerical reconstruction results of the complex hologram with numerical reconstruction results of the hologram obtained from the conventional triangular interferometer, we demonstrated that bias and the conjugate image can be removed using the modified triangular interferometer.
Tamayo, Jorge Luis Palomino;Awruch, Armando Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.5
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pp.799-823
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2016
A finite element model for the non-linear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) containment shell of a nuclear power plant subjected to extreme loads such as impact and earthquake is presented in this work. The impact is modeled by using an uncoupled approach in which a load function is applied at the impact zone. The earthquake load is modeled by prescribing ground accelerations at the base of the structure. The nuclear containment is discretized spatially by using 20-node brick finite elements. The concrete in compression is modeled by using a modified $Dr{\ddot{u}}cker$-Prager elasto-plastic constitutive law where strain rate effects are considered. Cracking of concrete is modeled by using a smeared cracking approach where the tension-stiffening effect is included via a strain-softening rule. A model based on fracture mechanics, using the concept of constant fracture energy release, is used to relate the strain softening effect to the element size in order to guaranty mesh independency in the numerical prediction. The reinforcing bars are represented by incorporated membrane elements with a von Mises elasto-plastic law. Two benchmarks are used to verify the numerical implementation of the present model. Results are presented graphically in terms of displacement histories and cracking patterns. Finally, the influence of the shear transfer model used for cracked concrete as well as the effect due to a base slab incorporation in the numerical modeling are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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