Bedenko, Sergey V.;Arzhannikov, Andrey V.;Lutsik, Igor O.;Prikhodko, Vadim V.;Shmakov, Vladimir M.;Modestov, Dmitry G.;Karengin, Alexander G.;Shamanin, Igor V.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.1736-1746
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2021
The results of full-scale numerical experiments of a hybrid thorium-containing fuel cell facility operating in a close-to-critical state due to a controlled source of fusion neutrons are discussed in this work. The facility under study was a complex consisting of two blocks. The first block was based on the concept of a high-temperature gas-cooled thorium reactor core. The second block was an axially symmetrical extended plasma generator of additional neutrons that was placed in the near-axial zone of the facility blanket. The calculated models of the blanket and the plasma generator of D-T neutrons created within the work allowed for research of the neutronic parameters of the facility in stationary and pulse-periodic operation modes. This research will make it possible to construct a safe facility and investigate the properties of thorium fuel, which can be continuously used in the epithermal spectrum of the considered hybrid fusion-fission reactor.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.182-193
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2016
Introduction of intermittent electricity production systems like wind and solar power to electricity market together with the deregulation of electricity markets resulted in numerous start/stops, load variations and off-design operation of water turbines. Hydraulic turbines suffer from the varying loads exerted on their stationary and rotating parts during load variations since they are not designed for such operating conditions. Investigations on part load operation of single regulated turbines, i.e., Francis and propeller, proved the formation of a rotating vortex rope (RVR) in the draft tube. The RVR induces pressure pulsations in the axial and rotating directions called plunging and rotating modes, respectively. This results in oscillating forces with two different frequencies on the runner blades, bearings and other rotating parts of the turbine. This study investigates the effect of transient operations on the pressure fluctuations exerted on the runner and mechanism of the RVR formation/mitigation. Draft tube and runner blades of the Porjus U9 model, a Kaplan turbine, were equipped with pressure sensors for this purpose. The model was run in off-cam mode during different load variations. The results showed that the transients between the best efficiency point and the high load occurs in a smooth way. However, during transitions to the part load a RVR forms in the draft tube which induces high level of fluctuations with two frequencies on the runner; plunging and rotating mode. Formation of the RVR during the load rejections coincides with sudden pressure change on the runner while its mitigation occurs in a smooth way.
A biomechanical study was made to demonstrate the superior mechanical performance of the newly designed Miniplate staple to the conventional Coventry staple in high tibial osteotomy(HTO). Using twenty fresh porcine tibiae, the fixational strengh of the two different types of staple in HTO was compared. To minimize the error due to the specimen-to-specimen individuality, the bone mineral density of the tibiae was measured with a bone densitometry (Dual photon absorptionometer, Luner, USA) and those with $0.8\;{\sim}\;1.2\;gm/cm^2$ at the proximal tibia was used in the biomechanical test. Testing was performed on a material testing system (Autogram ET-5, Shimatzu, Japan) with aid of a commercial data processor (IBM 80386/ ASYST). Using two differant loading modes, 'pull-out' and 'push-out', the maximum resistant force required to release the staple from the substrate bone was recorded. In the pull-out test, ten non-osteotomized specimens were used and the staple was pullout by subjecting an axial tension on the head of the staple inserted. While in the pull-out test where ten tibiae osteotomized in the usual way of HTO were used, the staple was not directly loaded. In this testing, as a mimic condition of the natural knee, the distal part of the specimen tibia was pushed horizontally in order for the staple to be pulled out while the proximal tibia was fixed. The pull-out strength of Coventry staple and miniplate staple were found to be $27.88\;{\pm}\;5.12\;kgf$ and $182.47\;{\pm}\;32.75\;kgf$, respectively. The push-out strength of Coventry staple and miniplate staple were $18.40\;{\pm}\;4.47\;kgf$ and $119.95\;{\pm}\;19.06\;kgf$, respectively. The result revealed that miniplate staple had the pull-out/ push-out strength at least fivetimes higher than Coventry staple. Based on the measured data, it was believed that the newly designed miniplate staple could provide much better postoperative fixation in HTO. The postoerative application of long leg casting may not be needed after HTO surgery.
The purpose of this study was to evaluate the effect of instrument compliance on the polymerization shrinkage stress measurements of dental composites. The contraction strain and stress of composites during light curing were measured by a custom made stress-strain analyzer, which consisted of a displacement sensor, a cantilever load cell and a negative feedback mechanism. The instrument can measure the polymerization stress by two modes: with compliance mode in which the instrument compliance is allowed, or without compliance mode in which the instrument compliance is not allowed. A flowable (Filtek Flow: FF) and two universal hybrid (Z100: Z1 and Z250: Z2) composites were studied. A silane treated metal rod with a diameter of 3.0 mm was fixed at free end of the load cell, and other metal rod was fixed on the base plate. Composite of 1.0 mm thickness was placed between the two rods and light cured. The axial shrinkage strain and stress of the composite were recorded for 10 minutes during polymerization. and the tensile modulus of the materials was also determined with the instrument. The statistical analysis was conducted by ANOVA. paired t-test and Tukey's test (${\alpha}<0.05$). There were significant differences between the two measurement modes and among materials. With compliance mode, the contraction stress of FF was the highest: 3.11 (0.13). followed by Z1: 2.91 (0.10) and Z2: 1.94 (0.09) MPa. When the instrument compliance is not allowed, the contraction stress of Z1 was the highest: 17.08 (0.89), followed by FF: 10.11 (0.29) and Z2: 9.46 (1.63) MPa. The tensile modulus for Z1, Z2 and FF was 2.31 (0.18), 2.05 (0.20), 1.41 (0.11) GPa, respectively. With compliance mode. the measured stress correlated with the axial shrinkage strain of composite: while without compliance the elastic modulus of materials played a significant role in the stress measurement.
Park, Joung-Man;Tran, Quang Son;Jung, Jin-Gyu;Kim, Sung-Ju;Hwang, Byung-Sun
Journal of Adhesion and Interface
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v.6
no.2
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pp.13-20
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2005
Interfacial shear strength (IFSS) of environmentally friendly natural fiber reinforced polymer composites plays a very important role in controlling the overall mechanical performance. The IFSS of various Ramie and Kenaf fibers/epoxy composites was evaluated using the combination of micromechanical test and nondestructive acoustic emission (AE) to find out optimal conditions for desirable final performance. Dynamic contact angle was measured for Ramie and Kenaf fibers and correlated the wettability properties with interfacial adhesion. Mechanical properties of Ramie and Kenaf fibers were investigated using single-fiber tensile test and analyzed statistically by both uni-and bimodal Weibull distributions. An influence of clamping effect on a real elongation for both Ramie and Kenaf fibers were evaluated as well. Two different microfailure modes, axial debonding and fibril fracture coming from fiber bundles and single fiber composites (SFC) were observed under tension and compression.
Kim, Kyoung-Hong;Park, Nam-Gyu;Kim, Kyoung-Ju;Suh, Jung-Min
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.911-916
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2012
It is important to identify dynamic characteristics of nuclear fuel components. Since the fuel always exposed to turbulent flow, the dynamic contact between grids and rods is one of the fuel failure modes. The dynamic behavior of grids in nuclear fuels is quite complex, since two pairs of spring support are placed in the limited space. The strap in a cell has single spring and double dimples and this paper focuses on investigation of the grid strap(Test Fuel Strap, TFS) vibration in one cell. To identify the grid strap vibration, modal analysis of the strap is performed using Finite Element Method (FEM). Modal testing on a $5{\times}5$ grid structure without rods is performed. The modal testing results are compared to analytic results. In addition, random test considering rod effect is performed about a $5{\times}5$ grid with rods under real contact condition in the air. Finally, the strap vibration of a $5{\times}5$ fuel bundle in INvestigation of Flow INduced vIbraTion(INFINIT) facility is measured in real fluid velocity condition without heating. It is shown that modal frequencies from the test are almost equal to those peak frequencies in the INFINIT test.
Due to its easy operation and wide applicability, the ambient vibration method is commonly adopted to determine the cable force by first identifying the cable frequencies from the vibration signals. With given vibration length and flexural rigidity, an analytical or empirical formula is then used with these cable frequencies to calculate the cable force. It is, however, usually difficult to decide the two required parameters, especially the vibration length due to uncertain boundary constraints. To tackle this problem, a new concept of combining the modal frequencies and mode shape ratios is fully explored in this study for developing an accurate method merely based on ambient vibration measurements. A simply supported beam model with an axial tension is adopted and the effective vibration length of cable is then independently determined based on the mode shape ratios identified from the synchronized measurements. With the effective vibration length obtained and the identified modal frequencies, the cable force and flexural rigidity can then be solved using simple linear regression techniques. The feasibility and accuracy of the proposed method is extensively verified with demonstrative numerical examples and actual applications to different cable-stayed bridges. Furthermore, several important issues in engineering practice such as the number of sensors and selection of modes are also thoroughly investigated.
In this study, a new retrofitting method for improving the seismic performance of reinforced concrete column was presented, in which prestressed steel strips were utilized as retrofitting stuff to confine the reinforced concrete column transversely. In order to figure out the seismic performance of concrete column specimen retrofitted by such prestressed steel strips methods, a series of quasi-static tests of five retrofitted specimens and two unconfined column specimen which acted as control specimens were conducted. Based on the test results, the seismic performance including the failure modes, hysteresis performance, ductility performance, energy dissipation and stiffness degradation of all these specimens were fully investigated and analyzed. And furthermore the influences of some key parameters such as the axial force ratios, shear span ratios and steel strips spacing on seismic performance of those retrofitted reinforced concrete column specimens were also studied. It was shown that the prestressed steel strips provided large transverse confining effect on reinforced concrete column specimens, which resulted in improving the shearing bearing capacity, ductility performance, deformation capacity and energy dissipation performance of retrofitted specimens effectively. In comparison to the specimen which was retrofitted by the carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips method, the seismic performance of the specimens retrofitted by the prestressed steel strips was a bit better, and with much less cost both in material and labor. From this research results, it can be concluded that this new retrofitting method is really useful and has significant advantages both in saving money and time over some other retrofitting methods.
Mona M. Fawzy;Fattouh M. F. Shaker;Alia M. Ayyash;Mohamed M. Salem
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.1-13
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2024
The objective of this research is to study experimentally and numerically the behavior of steel beam columns with openings. Although the presence of openings in the beam columns is inevitable, finding ways to maintain strength is crucial. The studied parameters are opening shape, the ratio between opening height to specimen height, the percentage of opening location from support to beam column length, and web slenderness. Experimental tests are conducted including twelve specimens to study the effect of these parameters and record failure load, load deflection curve, and stress strain curve. Two failure modes are observed: local and flexural buckling. Interaction curves plotted from finite element model analysis are also used to expand the parametric study. Changing the location of the opening can decrease failure load by up to 7% and 60% in both normal and moment ratios respectively. Increasing the opening dimension can lead to a drop in the axial ratio by up to 29% and in the moment ratio by up to 74%. The weakest beam column behavior is noticed in specimens with rectangular openings which results from uneven and concentrated stresses around the opening. The main results of this research illustrate that the best location for opening is at 40% - 50% from beam column support. Also, it is advisable to use circular openings instead of rectangular openings in specimens having slender webs because moment ratios are raised by 85% accompanied by a rise in normal ratios by 9%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.12
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pp.1193-1199
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2012
A cup burner experiment was performed to investigate the effect of the oxidizer velocity and concentration on flame instability near extinction. Heptane was used as a fuel and air diluted by nitrogen and carbon dioxide was used in the oxidizer stream. Two types of flame instabilities at the flame base and at axial downstream were observed near extinction. The instability at the flame base could be characterized by cell, swing, and rotation modes, and the cell mode changed to the rotation mode through the swing mode as the oxidizer velocity increased. To assess the parameters for the flame instability, the initial mixture strengths, Lewis number, and adiabatic flame temperature were investigated under each condition. The Lewis number might be the most important among them, but it is impossible to generalize because of the insufficient number of cases. Furthermore, the axial periodic flickering motion disappeared at low and high oxidizer velocities near extinction. This resulted from the fact that low oxidizer velocity induced evaporated fuel velocity below the critical velocity and high velocity made the reacting fuel velocity comparable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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