Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2017.05a
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pp.514-514
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2017
Floating breakwaters were treated as solid bodies without any perforation in previous studies. In this study, however, a floating breakwater is perforated to allow the partial absorption of the energy produced by incident waves and an air chamber is placed in the upper part to control the breakwater draft. A series of laboratory experiments for a floating breakwater installed with a mooring system are carried out. In general, a mooring system can be classified by the number of mooring points, the shape of the mooring lines, and the degree of line tension. In this study, a four-point mooring is employed since it is relatively easier to analyze the measured results. Furthermore, both the tension-leg and the catenary mooring systems have been adopted to compare the performance of the system. In laboratory experiments, the hydraulic characteristics of a floating breakwater were obtained and analyzed in detail. Also, a hydraulic model test was carried out on variable changes by changing the mooring angle and thickness of perforated wall. A hydraulic model was designed to produce wave energy by generating a vortex with the existing reflection method. Analysis on wave changes was conducted and the flow field around the floating breakwater and draft area, which have elastic behavior, was collected using the PIV system. From the test results the strong vortex was identified in the draft area of the perforated both-sides-type floating breakwater. Also, the wave control performance of the floating breakwater was improved due to the vortex produced as the tension in the mooring line decreased.
Yousef A. Alessi;Ibrahim Ali;Mashhour A. Alazwari;Khalid Almitani;Alaa A Abdelrahman;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.179-202
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2023
This article presents a numerical analysis to investigate the natural frequencies and harmonic response of a perforated cantilever beam attached to two layers of piezoelectric materials by using the finite element method for the first time. The bimorph piezoelectric is composed of 3 layers; two of them at the outer are piezoelectric, and the inner isotropic material. A higher order 3-D 20-node solid element that exhibits quadratic displacement behavior is exploited to discretize the isotropic layer, and coupled piezoelectric 3D element with twenty nodes is used to mesh the top and bottom layers. CIRCU94 element is added to act as a resistor part of the model. The proposed model is validated with previous works. The numerical parametric studies are presented to illustrate the effects of perforation geometry, the number of rows, the resistance on the natural frequencies, frequency response, and power. It is found that the thickness has a positive relationship with the natural frequency. Perforations help in producing higher voltage, and the best shape is rectangular perforations, and to produce higher voltage, two rows of rectangular perforations should be applied.
Steel stiffener is required for reinforcing the structure of the window frame made of versatile but weak PVC material. Steel stiffener however becomes a source of greater heat loss and frequently plays a role of thermal bridge due to its high thermal conductivity. To maintain thermal resistance similar to PVC frame, steel stiffener is perforated to reduce the effective heat transfer area. To compensate the structural strength of the steel stiffener which is weakened by the perforation, the thickness is increased. Increase in thickness will also increase the thermal heat resistance. Five samples which are PVC frame, PVC frame + original steel stiffener, PVC frame + 30% perforated steel stiffener, PVC frame + 50% perforated steel stiffener, PVC frame + 65% perforated steel stiffener are modeled and simulated for 2nd moment of area and thermal resistance. Therm/window version 6.3 is used for thermal analysis. The results show that among the five samples analyzed, PVC frame + 65% perforated steel stiffener best satisfies both structural strength and thermal resistance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.102-112
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2019
This paper studies impact fracture behavior under temperature variation and compressive flexural strength of cement composites using VAE(vinyl acetate ethylene) powder polymer and PVA(polyvinyl alcohol) fiber. Impact test were conducted in the temperature range selected for the $-35^{\circ}C$, $0^{\circ}C$ and $35^{\circ}C$. In this experimental study, impact test were carried out using a drop impact testing machine (Ceast 9350) to obtain such as displacement, time, and impact fracture energy of normal specimen and and cement composites specimen. As test results, the use of VAE powder polymer and PVA fiber were observed to enhance the flexural strength of mortar. The compressive strength of PVA fibers reinforced cement composites was slightly decreased at 28 days, but the flexural strength was observed to increase 24.4% of normal mortar strength. As a result of the drop impact tests, PVA fiber reinforced cement composites specimens showed microcracks due to energy dispersion and crack prevention with bridge effect of the fibers, and scabbing or perforation by impact was suppressed. On the other hand, the normal mortar and VAE powder polymer cement composites specimens were carried out to the perforation and macro crack. Most of normal mortar and the cement composites subjected to impact load on specimens shows mostly local brittle failure. The impact resistant performance of the specimen with PVA fiber was greatly improved due to the increase of flexure performance.
The benefits of thermal stratification in sensible heat storage were investigated for residential solar applications. The effect of increased thermal useful efficiency of hot water stored in an actual storage tank due to stratification has been discussed and illustrated through experimental data and computer simulation, which were taken by changing dynamic and geometric parameters. When the flow rate was 8 liter/min and ${\Delta}T=40^{\circ}C$ was $40^{\circ}C$, the useful efficiency(${\eta}_u$) was about 90% in case of using a distributor, but not using a distributor the useful efficiency(${\eta}_u$) was about 82%. So these kinds of distributor would be recommendable for a hot water storage system and residential solar energy application to increase useful efficiency(${\eta}_u$). In the case of the uniform circular distributor, when the flow rate was 8 liter/min partial mixing was decreased and a stable stratification was obtained. Furthermore, if the distrbutor was manufactured so that the flow is to be the same from all perforations in order to enhance stratification, it might be predicted that further stable stratification and higher useful efficiency(${\eta}_u$) are obtainable.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.5
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pp.494-501
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2000
Effectiveness of a 3-pass plate finned-tube heat exchanger is calculated using heat exchangelet method by changing the shape of fin and the arrangement of tubes. The alternative refrigerant R134a is taken in this study. Conduction between neighboring tubes along the fin is taken into account in addition to convection between the fin and the surrounding air. Governing equations are obtained by using energy balance in a small control volume containing a tube and fins. They are numerically solved following the tube. Effect of tube-to-tube conduction is investigated in single-phase and two-phase flows with various fin shapes and arrangements of tubes. Improvement of effectiveness by fin perforation is studied too. The results shows that perforating fins, increasing the number of tubes, and increasing the distance between neighboring tubes at the same fin area enhance the effectiveness.
Quantifying the trace elements in infinitesimal ambient liquid samples (e.g., single raindrop, cloud/fog water, and the soluble fraction extracted from the particles collected for a short time) is an important task for understanding formation processes, heating/cooling rates, and their health hazards. The purpose of this study is to employ an in-air micro PIXE system for quantitative analysis of the trace elements in a thimbleful of reference liquid sample. The bag type liquid sample holder originally designed with $10{\mu}m$ thick $Mylar^{(R)}$ film retained the original shape without any film perforation and apparent peaks of film blank by the end of the analysis. As one of tasks to be solved, the homogeneity of the elemental distribution in liquid reference species was verified by the X-ray line profiles for several references. It was possible to resolve the significant peaks for whole target elements corresponding to the channel number of micro-PIXE spectrum. The calibration curves for the six target elements (Si, S, Cl, Fe, Ni, and Zn) in standard solutions were successfully plotted by concentration (ppm) and ROI of interest net counts/dose (nC).
In case of aircraft impact on nuclear containment structures, the initial kinetic energy of the aircraft is transferred and absorbed by the outer containment, may causing either complete or partial failure of containment structure. In the present study safety analysis of BWR Mark III type containment has been performed. The total height of containment is 67 m. It has a circular wall with monolithic dome of 21m diameter. Crash analysis has been performed for fighter jet Phantom F4. A normal hit at the crown of containment dome has been considered. Numerical simulations have been carried out using finite element code ABAQUS/Explicit. Concrete Damage Plasticity model have been incorporated to simulate the behaviour of concrete at high strain rate, while Johnson-Cook elasto-visco model of ductile metals have been used for steel reinforcement. Maximum deformation in the containment building has reported as 33.35 mm against crash of Phantom F4. Deformations in concrete and reinforcements have been localised to the impact region. Moreover, no significant global damage has been observed in structure. It may be concluded from the present study that at higher velocity of aircraft perforation of the structure may happen.
In this study, the numerical simulation using AUTODYN-3D program was investigated angle trajectory prediction for inclined impacts of projectiles. The penetration and perforation of polycarbonate plate by 7.62 mm projectile was investigated numerically. The characteristic structure of the projectile's trajectory in the polycabonate plates was studied. Two combined failure criteria were used in the target plate, and the target plate was modeled with the properties of polycarbonate for simulating the ricochet phenomenon. The effect of the angle of inclination on the trajectory and kinetic energy of the projectile were studied. The dynamic deformation behaviors tests of polycabonate were compared with numerical simulation results which can be used as predictive purpose. From the simulation, the ricochet phenomenon was occurred for angles of inclination of $0^{\circ}{\leq}{\theta}{\leq}20^{\circ}$. The projectile perforated the plate for ${\theta}{\leq}30^{\circ}$, thus defining a failure envelope for numerical configuration. The numerical analyses are used to study the effect of the projectile impact velocity on the depth of penetration (DOP). It can be observed that the residual velocities were almost linear relative to penetration velocities. It means that polycarbonate has high resistance at higher velocities.
Abdelrahman, Alaa A.;Abd-El-Mottaleb, Hanaa E.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.765-779
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2020
This article presents a nonclassical size dependent model based on the modified couple stress theory to study and analyze the bending behavior of perforated microbeams under different loading patterns. Modified equivalent material and geometrical parameters for perforated beam are presented. The modified couple stress theory with one material length scale parameter is adopted to incorporate the microstructure effect into the governing equations of perforated beam structure. The governing equilibrium equations of the perforated Timoshenko as well as the perforated Euler Bernoulli are developed based on the potential energy minimization principle. The Poisson's effect is included in the governing equilibrium equations. Regular square perforation configuration is considered. Based on Fourier series expansion, closed forms for the bending deflection and the rotational displacements are obtained for simply supported perforated microbeams. The proposed methodology is validated and compared with the available results in the literature and an excellent agreement is detected. Numerical results demonstrated the applicability of the proposed methodology to investigate the bending behavior of regularly squared perforated beams incorporating microstructure effect under different excitation patterns. The obtained results are significantly important for the design and production of perforated microbeam structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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