Chaht, Fouzia Larbi;Kaci, Abdelhakim;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Beg, O. Anwar;Mahmoud, S.R.
Steel and Composite Structures
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제18권2호
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pp.425-442
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2015
This paper addresses theoretically the bending and buckling behaviors of size-dependent nanobeams made of functionally graded materials (FGMs) including the thickness stretching effect. The size-dependent FGM nanobeam is investigated on the basis of the nonlocal continuum model. The nonlocal elastic behavior is described by the differential constitutive model of Eringen, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nanostructures. The present model incorporates the length scale parameter (nonlocal parameter) which can capture the small scale effect, and furthermore accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by virtue of a sinusoidal variation of all displacements through the thickness without using shear correction factor. The material properties of FGM nanobeams are assumed to vary through the thickness according to a power law. The governing equations and the related boundary conditions are derived using the principal of minimum total potential energy. A Navier-type solution is developed for simply-supported boundary conditions, and exact expressions are proposed for the deflections and the buckling load. The effects of nonlocal parameter, aspect ratio and various material compositions on the static and stability responses of the FGM nanobeam are discussed in detail. The study is relevant to nanotechnology deployment in for example aircraft structures.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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제31권4호
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pp.209-220
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2019
Even though the scale of hard structures for beach stabilization should carefully be determined such that these structures do not interrupt the great yearly circulation process of beach sediment in which the self-healing ability of natural beach takes places, massive hard structures such as the submerged breakwater of wide-width are frequently deployed as the beach stabilization measures. On this rationale, asymmetric ripple mat by Irie et al. (1994) can be the alternatives for beach stabilization due to its small scale to replace the preferred submerged breaker of wide-width. The effectiveness of asymmetric ripple mat is determined by how effectively the vortices enforced at the contraction part of flow area over the mat traps the sediment moving toward the offshore by the run-down. In order to verify this hypothesis, we carry out the numerical simulations based on the Navier-Stokes equation and the physically-based morphology model. Numerical results show that the asymmetric ripple mat effectively capture the sediment by forced vortex enforced at the apex of asymmetric ripple mat, and bring these trapped sediments back to the beach, which has been regarded to be the driving mechanism of beach stabilization effect of asymmetric ripple mat.
DOLAG KLAUS;GRASSO DARIO;SPRINGEL VOLKER;TKACHEV IGOR
Journal of The Korean Astronomical Society
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제37권5호
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pp.427-431
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2004
We use simulations of large-scale structure formation to study the build-up of magnetic fields (MFs) in the intergalactic medium. Our basic assumption is that cosmological MFs grow in a magnetohy-drodynamical (MHD) amplification process driven by structure formation out of a magnetic seed field present at high redshift. This approach is motivated by previous simulations of the MFs in galaxy clusters which, under the same hypothesis that we adopt here, succeeded in reproducing Faraday rotation measurements (RMs) in clusters of galaxies. Our ACDM initial conditions for the dark matter density fluctuations have been statistically constrained by the observed large-scale density field within a sphere of 110 Mpc around the Milky Way, based on the IRAS 1.2-Jy all-sky redshift survey. As a result, the positions and masses of prominent galaxy clusters in our simulation coincide closely with their real counterparts in the Local Universe. We find excellent agreement between RMs of our simulated galaxy clusters and observational data. The improved numerical resolution of our simulations compared to previous work also allows us to study the MF in large-scale filaments, sheets and voids. By tracing the propagation of ultra high energy (UHE) protons in the simulated MF we construct full-sky maps of expected deflection angles of protons with arrival energies $E = 10^{20}\;eV$ and $4 {\times} 10^{19}\;eV$, respectively. Accounting only for the structures within 110 Mpc, we find that strong deflections are only produced if UHE protons cross galaxy clusters. The total area on the sky covered by these structures is however very small. Over still larger distances, multiple crossings of sheets and filaments may give rise to noticeable deflections over a significant fraction of the sky; the exact amount and angular distribution depends on the model adopted for the magnetic seed field. Based on our results we argue that over a large fraction of the sky the deflections are likely to remain smaller than the present experimental angular sensitivity. Therefore, we conclude that forthcoming air shower experiments should be able to locate sources of UHE protons and shed more light on the nature of cosmological MFs.
Excitation mechanism of interference effect between two tall buildings is investigated with wind tunnel experiments. Synchronized building surface pressure and flow field measurements by particle image velocimetry (PIV) are conducted to explore the relationship between the disturbed wind flow field and the consequent wind load modification for twin buildings in tandem. This reveals evident excitation mechanisms for the fluctuating across-wind loads on the buildings. For small distance (X/D < 3) between two buildings, the disturbed flow pattern of impaired vortex shedding is observed and the fluctuating across-wind load on the downstream building decreases. For larger distance ($X/D{\geq}3$), strong correlation between the across-wind load of the downstream building and the oscillation of the wake of the upstream building is found. By further analysis with conditional sampling and phase-averaged techniques, the coherent flow structures in the building gap are clearly observed and the wake oscillation of the upstream building is confirmed to be the reason of the magnified across-wind force on the downstream building. For efficient PIV measurement, the experiments use a square-section high-rise building model with geometry scale smaller than the usual value. Interference factors for all three components of wind loads on the building models being surrounded by another identical building with various configurations are measured and compared with those from previous studies made at large geometry scale. The results support that for interference effect between buildings with sharp corners, the length scale effect plays a minor role provided that the minimum Reynolds number requirement is met.
Wind tunnel pressure measurements and numerical simulations based on the Reynolds Stress Model (RSM) are compared with full and model scale data in the flow area of impingement, separation and wake for $60^{\circ}$ and $90^{\circ}$ wind azimuth angles. The phase averaged fluctuating pressures simulated by the RSM model are combined with modelling of the small scale, random pressure field to produce the total, instantaneous pressures. Time averaged, rsm and peak pressure coefficients are consequently calculated. This numerical approach predicts slightly better the pressure field on the roof of the TTU (Texas Tech University) building when compared to the wind tunnel experimental results. However, it shows a deviation from both experimental data sets in the impingement and wake regions. The limitations of the RSM model in resolving the intermittent flow field associated with the corner vortex formation are discussed. Also, correlations between the largest roof suctions and the corner vortex "switching phenomena" are observed. It is inferred that the intermittency and short duration of this vortex switching might be related to both the wind tunnel and numerical simulation under-prediction of the peak roof suctions for oblique wind directions.
Full scale measurement on the structural dynamic characteristics and Vortex-induced Vibrations (VIV) of a long-span suspension bridge with a central span of 1650 m were conducted. Different Finite Element (FE) modeling principles for the separated twin-box girder were compared and evaluated with the field vibration test results, and the double-spine model was determined to be the best simulation model, but certain modification still needs to be made which will affect the basic modeling parameters and the dynamic response prediction values of corresponding wind tunnel tests. Based on the FE modal analysis results, small-scaled and large-scaled sectional model tests were both carried out to investigate the VIV responses, and probable Reynolds Number effects or scale effect on VIV responses were presented. Based on the observed VIV modes in the field measurement, the VIV results obtained from sectional model tests were converted into those of the three-dimensional (3D) full-scale bridge and subsequently compared with field measurement results. It is indicated that the large-scaled sectional model test can probably provide a reasonable and effective prediction on VIV response.
In this paper, the recirculation flow motion and mixing characteristics driven by air bubble stream in a rectangular water tank is studied. The time-resolved PIV technique is adopted for the quantitative visualization and analysis. 488 nm Ar-ion CW laser is used for illumination and orange fluorescent ($\lambda_{ex}=540nm,\;\lambda_{em}=560nm$) particle images are acquired by a PCO 10bit high-speed CCD camera (1280$\times$1024). To obtain clean particle images, 545 nm long pass optical filter and an image intensifier are employed and the flow rates of compressed air is 3 l/min at 0.5 MPa. The recirculation and mixing flow field is further investigated by time-resolved POD analysis technique. It is observed that the large scale recirculation resulting from the interaction between rising bubble stream and side wall is the most dominant flow structure and there are small scale vortex structures moving along with large scale recirculation flow. It is also verified that the sum of 20 modes of velocity field has about 67.4% of total turbulent energy.
Damping ratio and frequency have influence on dynamic serviceability or instability such as vortex-induced vibration and displacement amplification due to earthquake and critical flutter velocity, and it is thus important to make determination of damping ratio and frequency accurate. As bridges are getting longer, small scale model test considering similitude law must be conducted to evaluate damping ratio and frequency. Analysis conditions modified by similitude law are applied to experimental test considering different scale ratios. Generally, Nyquist frequency condition based on natural frequency modified by similitude law has been used to determine sampling rate for different scale ratios, and total time length has been determined by users arbitrarily or by considering similitude law with respect to time for different scale ratios. However, Nyquist frequency condition is not suitable for multimode system with noisy signals. In addition, there is no specified criteria for determination of total time length. Those analysis conditions severely affect accuracy of damping ratio. The focus of this study is made on the determination of minimum analysis conditions for different scale ratios. Influence of signal to noise ratio is studied according to the level of noise level. Free initial value problem is proposed to resolve the condition that is difficult to know original initial value for free vibration. Ambient and free vibration tests were used to analyze the dynamic properties of a system using data collected from tests with a two degree-of-freedom section model and performed on full bridge 3D models of cable stayed bridges. The free decay is estimated with the stochastic subspace identification method that uses displacement data to measure damping ratios under noisy conditions, and the iterative least squares method that adopts low pass filtering and fourth order central differencing. Reasonable results were yielded in numerical and experimental tests.
Cosmological hydrodynamic simulations of large scale structure in the universe have shown that accretion shocks and merger shocks form due to flow motions associated with the gravitational collapse of nonlinear structures. Estimated speed and curvature radius of these shocks could be as large as a few 1000 km/s and several Mpc, respectively. According to the diffusive shock acceleration theory, populations of cosmic-ray particles can be injected and accelerated to very high energy by astrophysical shocks in tenuous plasmas. In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmic shocks, we have performed nonlinear numerical simulations of cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. We adopted the Bohm diffusion model for CRs, based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs. The shock formation simulation includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. For merger shocks with small Mach numbers, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ with an associated CR particle fraction of $10^{-3}$. Nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant in the latter shocks. Although detailed results depend on models for the particle diffusion and injection, these calculations show that cosmic shocks in large scale structure could provide acceleration sites of extragalactic cosmic rays of the highest energy.
This study estimated the size of ornamental fish market as the basis survey for the development of the ornamental fish industry in Korea. It presents improvement projects agendas for the development of the Korean ornamental fish industry by investigating the challenges of the ornamental fish industry and consumer awareness. First, looking at the size of the ornamental fish market, calculated on the basis of survey results, the size of ornamental fish market is analysed as 231.8 billion won. The actual ornamental fish market is presumed to be much larger than this considering unclear gross sales from e-commerce and group sales, goods excluded from the ornamental fish export, expensive ornamental fish transaction from smuggling are missing. Ornamental fish industry and consumer awareness survey results can be described as follows: First, revenue structure of the ornamental fish market depends on a handful of expensive purchasing group rather than on low-cost consumption group. Second, many members of the ornamental fish producers, wholesalers, road shops are small-scale. Third, the sale of aquarium fish and aquarium fish related supplies in road shop have different market structures. Fourth, ornamental fish consumption is in the ongoing recession. Fifth, ornamental fish industry hopes for expansion of distribution and Research & Development. Sixth, satisfaction of ornamental fish consumers is generally low. As described above, ornamental fish industry in Korea are vulnerable in the market structure and industry is small and the consumer's satisfaction degree is staying in the 'normal' level. If current state will continue, future consumption can be reduced. It is necessary to increase the competitiveness by using various method including reorganization of the structure of the ornamental fish industry even though it is hard to reach conclusion only with the results of the survey.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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