Concrete is a heterogeneous material containing many weaknesses such as micro-cracks, pores and grain boundaries. The crack growth mechanism and failure behavior of concrete structures depend on the plastic deformation created by these weaknesses. In this article the non-linear finite element method is used to analyze the effect of presence of micro pore near a crack tip on both of the characteristics of crack tip plastic zone (its shape and size) and crack growth properties (such as crack growth length and crack initiation angle) under pure shear loading. The FE Code Franc2D/L is used to carry out these objectives. The effects of the crack-pore configurations and the spacing between micro pore and pre-excising crack tip on the characteristics of crack tip plastic zone and crack growth properties is highlighted. Based on the obtained results, the relative distance between the crack tip and the micro pore affects in very significant way the shape and the size of the crack tip plastic zone. Furthermore, crack growth length and crack initiation angle are mostly influenced by size and shape of plastic zone ahead of crack tip. Also the effects of pore decrease on the crack tip by variation of pore situation from linear to perpendicular configuration. The critical position for a micro pore is in front of the crack tip.
A method for shape design sensitivity analysis is proposed utilizing commercial software ANSYS for thermal conduction problems. While the sensitivity formula is derived analytically by introduing adjoint variable concept, sensitivity calculation in practice as well as the primal and adjoint solution of thermal conduction is performed using the ANSYS very easily. Since the formula always takes boundary integral form, sensitivity evaluation in ANSYS requires a little more addition of post-processing routine which involves evaluation of boundary variable from the obtained solution. Though the BEM has been used as a better tool for this purpose, the present study shows it can also be calculated using any kind of analysis code such as ANSYS since the formula is based on analytic nature. Therefore the present study provides a new and efficient way of optimization which was not possible before using commercial software. The usefulness of the method is illustrated via a weight minimization problem of thermal diffuser.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Kim, Jun-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.14-24
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2011
In this paper, design optimization for mixed-flow pump impellers and diffusers has been studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and DOE (design of experiments). We also discussed how to improve the performance of the mixed-flow pump by designing the impeller and diffuser. Geometric design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffusers. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional shape. First, the design optimization of the defined impeller geometric variables was achieved, and then the flow characteristics were analyzed in the point of incidence angle at the diffuser leading edge for the optimized impeller. Next, design optimizations of the defined diffuser shape variables were performed. The importance of the geometric design variables was analyzed using $2^k$ factorial designs, and the design optimization of the geometric variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head and the total efficiency at the design flow rate. Based on the comparison of CFD results between the optimized pump and base design models, the reason for the performance improvement was discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권6호
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pp.995-1006
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2015
Underwater glider, as a new kind of autonomous underwater vehicles, has many merits such as long-range, extended-duration and low costs. The shape of underwater glider is an important factor in determining the hydrodynamic efficiency. In this paper, a high lift to drag ratio configuration, the Blended-Wing-Body (BWB), is used to design a small civilian under water glider. In the parametric geometric model of the BWB underwater glider, the planform is defined with Bezier curve and linear line, and the section is defined with symmetrical airfoil NACA 0012. Computational investigations are carried out to study the hydrodynamic performance of the glider using the commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code Fluent. The Kriging-based genetic algorithm, called Efficient Global Optimization (EGO), is applied to hydrodynamic design optimization. The result demonstrates that the BWB underwater glider has excellent hydrodynamic performance, and the lift to drag ratio of initial design is increased by 7% in the EGO process.
Moreno-Navarro, Pablo;Perez-Aparicio, Jose L.;Gomez-Hernandez, J.J.
Coupled systems mechanics
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제11권2호
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pp.151-166
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2022
Peltier cells have low efficiency, but they are becoming attractive alternatives for affordable and environmentally clean cooling. In this line, the current article develops closed-form and semianalytical solutions to improve the temperature distribution of Bi2Te3 thermoelements. From the distribution, the main objective of the current work-the optimal electric intensity to maximize cooling-is inferred. The general one-dimensional differential coupled equation is integrated for linear and quadratic geometry of thermoelements, under temperature constant properties. For a general shape, a piece-wise solution based on heat flux continuity among virtual layers gives accurate analytical solutions. For variable properties, another piece-wise solution is developed but solved iteratively. Taking advantage of the formulae, the optimal intensity is directly derived with a minimal computational cost; its value will be of utility for more advanced designs. Finally, a parametric study including straight, two linear, barrel, hourglass and vase geometries is presented, drawing conclusions on how the shape of the thermoelement affects the coupled phenomena. A specially developed coupled and non-linear finite element research code is run taking into account all the materials of the cell and using symmetries and repetitions. These accurate results are used to validate the analytical ones.
철근콘크리트 휨 부재의 처짐 산정에는 일반적으로 유효 단면2차모멘트의 개념이 적용되고 있으며, 콘크리트 구조설계기준에서는 처짐의 간편한 계산을 위하여 Branson이 제안한 유효 단면2차모멘트를 부재의 전 경간에 동일하게 대표값으로 사용하고 있다. 그러나, 기준에서 제시된 유효 단면2차모멘트는 등분포하중을 전제로 제안되었으므로 다른 하중상태에서도 기준식의 정확성에 대해 검증할 필요가 있다. 따라서, 이 연구에서는 모멘트 분포 형상이 처짐 계산에 필요한 유효 단면2차모멘트에 미치는 영향을 실험적으로 검증하기 위해 콘크리트 강도와 지점에서부터 가력점까지의 거리를 주요변수로 하여 총 6개의 철근콘크리트 보 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하고, 실험결과를 기준식 및 다른 연구자들이 제안한 식과 비교 분석하였다. 또한, 모멘트 분포형상을 고려할 수 있는 변분해석에 의한 처짐 산정 방법을 제안하였다. 실험 결과, 보의 유효 단면2차모멘트는 모멘트 분포 형상에 따라 다소 차이가 있었으나 기준식은 이를 반영하지 못한 것으로 나타났다. 이 연구에서 제안한 변분해석에 의한 처짐값과 실험값의 비율이 기준식에 비해 변동폭이 작게 나타났으며, 따라서, 모멘트 분포 형상의 영향을 고려한 부재의 처짐 산정에 유용한 방법이라고 판단된다. 그러나, 실험값과는 다소 차이가 있어 처짐 형상 함수의 개선을 통하여 이를 보완할 수 있는 추후 연구가 필요한 것으로 판단된다.
In this paper, to develop a smart CAD/CAM system for systematically performing from the 3-D solid shape design of products to the CNC cutting operation of products by a machining center, a B-Rep solid modeler is realized based on the half edge data structure. Because the B-Rep solid modeler has the various capabilities related to the solid definition functions such as the creation operation of primitives and the translational and rotational sweep operation, the solid manipulation functions such as the split operation and the Boolean set operation, and the solid inversion function for effectively using the data structure, the 3-D solid shape of products can be easily designed and constructed. Also, besides the automatic generation of CNC code, the B-Rep solid modeler can be used as a powerful tool for realizing the automatic generation of finite elements, the interference check between solids, the structural design of machine tools and robots and so on.
Ola Ragb;Mohamed Abd Elkhalek;M.S. Matbuly;Mohamed Salah;Mohamed Eltaher;Tharwat Osman
Steel and Composite Structures
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제53권1호
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pp.1-27
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2024
This work presents the effectiveness of differential quadrature shape functions (i.e., Lagrange interpolation polynomial, Cardinal sine function, Delta Lagrange kernel and Regularized Shannon kernel) in the solution of nonlinear vibration of multilayers piezoelectric plates with nonlinear elastic support. A piezoelectric composite laminated plate is rested on nonlinear Winkler and Visco-Pasternak elastic foundations problems. Based on 3D elasticity theory and piezoelectricity, the governing equations of motion are derived. Differential quadrature methods based on four shape functions are presented as numerical techniques for solving this problem. The perturbation method is implemented to solve the obtained nonlinear eigenvalue problem. A MATLAB code is written for each technique for solving this problem and extract the numerical results. To validate these methods, the computed results are we compare with the previous exact results. In addition, parametric analyses are offered to investigate the influence of length to thickness ratio, elastic foundation parameters, various boundary conditions, and piezoelectric layers thickness on the natural frequencies and mode shapes. Consequently, it is discovered that the obtained results via the proposed schemes can be applied in structural health monitoring.
한국지진공학회 1999년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall
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pp.212-219
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1999
In this paper we investigated an applicability of earthquake regulations for seismic-isolated building structures which has been used currently and propose an efficient method for vertical distribution of seismic loads. The distribution of force is revised in UBC-94 as vertical distribution of force of UBC(Uniform Building Code)-91 is not sufficient safety but its distribution is inefficient expensive because of similar expression to fixed-based structures. In order to overcome this difficulties improved vertical distribution to fixed-based structures. In order to overcome this difficulties improved vertical distribution of seismic load is proposed using two degrees-of-freedom isolated structures and mode shape of fixed-based structures. Efficiency and accuracy of the proposed method are verified through analysis of an example structures with moment resisting frame and shear walls so this study approximate to dynamic analysis results in each case.
Beginning a few decades ago, Baku, the capital city of Azerbaijan, has experienced a dramatic construction boom that is revitalizing its skyline. The expansive growth looks to uphold the historic past of Baku as a focal point within the Caspian Sea Region while also evoking aspirations for a city of the future. With superstructure complete and interiors progressing, the Ministry of Taxation (MOT) tower is the latest addition to the city, with its stacked cubes twisting above a multi-level podium at the base. Each cube is separated by column-free green roof terraces, creating unique parametric reveals of the developing surroundings. Aside from MOT's stunning shape, its geolocation resulted in unusually high wind loads coupled with high seismic hazards for a tower of its height. In addition, limitations on possible structural systems required stepping away from a typical prescriptive code-based approach into one that utilized Performance-Based Design (PBD) methods. This paper presents the numerous structural challenges and innovations that allowed the design of a new icon to be realized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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