Dynamic behavior of piezoelectric ZnO nanowires is investigated using finite element analyses (FEA) on FE models constructed based on previous experimental observations in which nanowires having aspect ratios of 1:2. 1:31, and 1:57 are obtained during a hydrothermal process. Modal analyses predict that nanowires will vibrate in lateral bending, uniaxial elongation/contraction, and twisting (torsion), respectively, for the three ratios. The natural frequency for each vibration mode varies depending on the aspect ratio, while the frequencies are in a range of 7.233 MHz to 3.393 GHz. Subsequent transient response analysis predicts that the nanowires will behave quasi-statically within the load frequency range below 10 MHz, implying that the ZnO nanowires have application potentials as structural members of electromechanical systems including nano piezoelectric generators and piezoelectric dynamic strain sensors. When an electric pulse signal is simulated, it is predicted that the nanowires will deform in accordance with the electric signal. Once the electric signal is removed, the nanowires exhibit a specific resonance-like vibration, with the frequency synchronized to the signal frequency. These predictions indicate that the nanowires have additional application potential as piezoelectric actuators and resonators.
Ali Chen;Omidreza Masoudian;Gholamreza Soleimani Jafari
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.6
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pp.567-581
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2024
In this paper, an effort is made to present a detailed analysis of dynamic behavior of functionally graded carbon nanotube-reinforced pipes under the influence of an accelerating moving load. Again, the material properties of the nanocomposite pipe will be determined by following the rule of mixtures, considering a specific distribution and volume fraction of CNTs within the pipe. In the present study, temperature-dependent material properties have been considered. The Navier-Stokes equations are used to determine the radial force developed by the viscous fluid. The structural analysis has been carried out based on Reddy's higher-order shear deformation shell theory. The equations of motion are derived using Hamilton's principle. The resulting differential equations are solved using the Differential Quadrature and Integral Quadrature methods, while the dynamic responses are computed with the use of Newmark's time integration scheme. These are many parameters, ranging from those connected with boundary conditions to nanotube geometrical characteristics, velocity, and acceleration of the moving load, and, last but not least, volume fraction and distribution pattern of CNTs. The results indicate that any increase in the volume fraction of CNTs will lead to a decrease in the transient deflection of the structure. It is also observed that maximum displacement occurs with an increase in the load speed, slightly delayed compared to decelerating motion.
Small Modular Reactors (SMRs) adopt the Helically Coiled Once-Through Steam Generators (OTSG) extensively for its compactness and higher heat transfer efficiency. As a heat exchanger between the primary side (reactor coolant system) and the secondary side (feedwater and steam system) of nuclear steam supply system, the inlet/outlet conditions both of shell side and tube side of OTSGs have significant impacts on overall system response. Considering the flexible operation of SMRs and heat application by extracting steam, a simulation tool for accurate prediction of the OTSG dynamic behaviors would be required for optimizing design and control. In this study, the OTSG dynamic simulation model has been developed. Mathematical governing equation has been derived by using moving boundary approach and a simulation module has been developed by using Modelica Language. The developed module has been compared with publicly available experimental results and benchmarked with MARS-KS calculation results. Also, it has been incorporated into the integrated SMR model (i.e., reactor core, primary side, secondary side) and dynamic behaviors with reactivity feedback and heat balancing have been investigated. In both of steady-state and transient conditions, it shows the promising accuracy.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.3
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pp.83-89
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2000
In hydraulic control system turbine and gear motor type flowmeters are widely used to measure the flow rate under steady flow conditions. With the recent growth of interest in the measurement of instantaneous values of unsteady flow rate the test of the transient response of these flowmeters are in some significance. however an unsteady flow rate mea-surment and its calibration method with a fast response and a high accuracy have not beendeveloped. In this research particularly the dynamic characteristics of turbine and gear motor type flowmeters are investigated experimentally and simple mathematical models are proposed. The measured flow rate waveforms are compared with those by remote instan-taneous flow rate measurement method(RIFM) which has been developed by author and used for calibration As the result of frequency response test gain and phase between the measured flow rate waveforms by turbine type flowmeter and those estimated by RIFM are in good agreement up to 70Hz For the gear motor type flowmeter th simulated results by a math-ematical model proposed here agree well with the experiment nearly up to 100Hz. Also it if sound that the pressure drop across the flowmeter is increased in proportion to the frequency of the flow rate variation in a high frequency region of more than 100Hz. It can be explained that the dealy of gear motor type flowmeter in high frequency regionis mainly attributed to a first order delay consisting of the inertia of gears and internal leakage of the gear motor.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.197-205
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2015
Offshore structures for the gas production are exposed to the risk of gas leaks, and gas explosions can result in fatal damages to the primary structures as well as secondary structures. To minimize the damage from the critical accidents, the study of the dynamic response of structural members subjected to blast loads must be conducted. Furthermore, structural dynamic analysis has to be performed considering relationships between the natural frequency of structural members and time duration of the explosion loading because the explosion pressure tends to increase and dissipate within an extremely short time. In this paper, the numerical model based on time history data were proposed considering the negative phase pressure in which considerable negative phase pressures were observed in CFD analyses of gas explosions. The undamped single degree of freedom(SDOF) model was used to characterize the dynamic response under the blast loading. A blast wall of FPSO topside was considered as an essential structure in which the wall prevents explosion pressures from the process area to utility and working areas. From linear/nonlinear transient analyses using LS-DYNA, it was observed that dynamic responses of structures were influenced by significantly the negative time duration.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.33-39
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2005
A mathematical model, GUNBLAST, of blast waves emitted from a gun muzzle is established, and structural response analyses for the blast load are performed. The blast wave can be divided into two kinds of waves, free field and reflected blast waves. In this research, the free field blast wave model is established by the use of a scaling approach, and the reflected blast wave is calculated by using the oblique shock theory and computational fluid dynamic calculation. GUNBLAST is applied to two kinds of structural models. To investigate the effect of the muzzle distance from a structural surface, the blast waves on a plate for various muzzle distances are compared to uniform loads. Moreover, the transient response analysis of an aircraft wing model with a 12.7mm gun is carried out by using MSC/NASTRAN. From the results, it can be shown that the blast wave can cause broad random vibration and high frequency damage to equipments mounted in the aircraft.
Pseudo-static slope stability analysis method is widely used in engineering practice to calculate the seismic factor of safety of slope subjected to earthquake ground motions. Although the dynamic analysis method is well recognized to have the primary advantage of simulating the stress-strain response of soils, it is not often used in practice because of the difficult in estimating the factor of safety. In this study, a procedure which utilizes the dynamic analysis method to extract the transient dynamic factor of safety is devleoped. This method overcomes the major limitation of the pseudo-static method, which uses an empirically determined seismic coefficient to derive the factor of safety. The proposed method is applied to a slope model and the result is compared with that of the pseudo-static method. It is shown that minimum dynamic factor of safety calculated by the dynamic analysis is slightly larger than that determined from the pseudo-static method. It is also demonstrated that the dynamic factor of safety becomes minimum when the horizontal seismic coefficient and horizontal average acceleration are maximum.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.415-422
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2016
When shock acceleration is applied to a mechanical system, it may cause malfunctioning and damage to the system. Hence, to prevent these problems when developing a gimbal structure system for observation reconnaissance, the MIL-STD-810G shock standard must be satisfied as a design specification. Rubber vibration isolators are generally assembled on the base of the system in order to reduce the shock transferred from the aircraft. It is difficult to analyze the transient behavior of the system accurately, because rubber has a nonlinear load-deformation curve. To treat the nonlinear characteristic of the rubber, bilinear approximation was introduced. Using this assumption, transient responses of the system under base shock acceleration were calculated by the finite element method. In addition, experiments with a true prototype were performed using the same conditions as the analytical model. Compared with experimental data, the proposed numerical method is useful for the transient analysis of gimbal structure systems, including rubber vibration isolators with nonlinear stiffness and damping.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.7
s.100
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pp.836-842
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2005
Nonlinear dynamic characteristics of active piezolaminated plates are investigated with respect to the thermopiezoelastic behaviors. For largely deformed structures with small strain, the incremental total Lagrangian formulation is presented based on the virtual work principles. A multi-field layer-wise finite shell element is proposed for assuring high accuracy and non-linearity of displacement, electric and thermal fields. For dynamic consideration of thermopiezoelastic snap-through phenomena, the implicit Newmark's scheme with the Newton-Raphson iteration is implemented for the transient response of various piezolaminated models with symmetric or eccentric active layers. The bifurcate thermal buckling of symmetric structural models is first investigated and the characteristics of piezoelectric active responses are studied for finding snap-through piezoelectric potentials and the load-path tracking map. The thermoelastic stable and unstable postbuckling, thermopiezoelastic snap-through phenomena with several attractors are proved using the nonlinear time responses for various initial conditions and damping loss factors. Present results show that thermopiezoelastic snap-through phenomena can result in the difficulty of buckling and postbuckling control of intelligent structures.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.5
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pp.936-943
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2009
Dynamic voltage restorer(DVR) is now more preferable enhancement than other power quality enhancement in industry to reduce the impact of voltage faults, especially voltage sags to sensitive loads. The main controllers for DVR consists of PLL(phase locked loop), compensation voltage calculator and voltage compensator. PLL detects the voltage faults and phase. Compensation voltage calculator calculates the reference voltage from the source voltage and phase. With calculated compensation voltage from PLL, voltage compensator restores the source voltage. If PLL detect ideal phase, compensation voltage calculator calculates ideal compensation voltage. Therefore, PLL for DVR is very important. This paper proposes the new method of PLL in DVR. First, the power circuit of DVR system is analyzed in order to compensate the voltage sags. Based on the analysis, new PLL for improving transient response of DVR is proposed. The proposed method uses band rejection filter(BRF) at q-axis in synchronous flame. In order to calculate compensation voltage in commercial instruments, the PQR theory is used. Proposed PLL method is demonstrated through simulation using Matlab-Simulink and experiment, and by checking load voltage, confirms operation of the DVR
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[게시일 2004년 10월 1일]
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