Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical study for optimal design of geosynthetic reinforced soil (GRS) walls

Dastgerd Rashid Hajivand, Bahrami Nima, Kazemi Kamran, Waqar Muhammad Faisal, Malinowska Agnieszka

Engineering Transactions

|

2024

|

Vol. 72, iss. 1

3--14

2

Thermodynamic analysis of the performance of an irreversible ammonia-fed solid oxide fuel cell

Song Hanlin, Lu Zhanghao, Ma Zheshu, Guo Xinjia, Guo Qiulin

Archives of Thermodynamics

|

2024

|

Vol. 45, no 2

279--290

EN

To investigate the performance of an irreversible direct ammonia-fed solid oxide fuel cell, the direct ammonia-fed solid oxide fuel cell based on oxygen ion conductivity was modeled using finite time thermodynamic theory. First, mathematical expressions for the output power, output efficiency, ecological objective function and ecological coefficient of performance of the direct ammonia-fed solid oxide fuel cell were derived. Further, the effects of parameters such as operating temperature, operating pressure, fuel utilization, and electrolyte thickness on the performance of direct ammonia-fed solid oxide fuel cell were numerically investigated. The results show that as the operating temperature of direct ammonia-fed solid oxide fuel cell increases, the performance of direct ammonia-fed solid oxide fuel cell including output power, output efficiency, ecological objective function and ecological coefficient of performance will be improved. Under certain conditions, increasing fuel utilization can improve output power, output efficiency and ecological performance. Increasing the electrolyte thickness will decrease the finite time thermodynamic performance of direct ammonia-fed solid oxide fuel cell. Moreover, the microstructure of the electrode also affects the performance of direct ammonia-fed solid oxide fuel cell, and the ecological objective function is increased by 16.9% when the electrode porosity is increased from 0.4 to 0.8.

3

Analysis of deformations of road embankments founded on displacement columns improving soft subsoil

Szajna Waldemar, Bondareva Liudmyla, Szatanik Bartosz

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 1

19--36

EN

Drilled displacement columns, constructed in the form of unreinforced or reinforced concrete elements, are currently a very commonly used method of improving soft subsoil, creating an alternative to more expensive pile foundations. A frequently used solution for improving soft soils of road or railway embankments is to design a regular pattern of columns of relatively small diameter. Columns along the perimeter of the improved area are reinforced with rigid steel profiles, while the internal ones are made as concrete elements. Column heads are usually covered with a load transfer platform (layer of compacted granular fill) which is additionally reinforced with geosynthetics. The application of soil improvement with displacement columns is not always successful. It is due to the errors and shortcomings occurring at the design stage, including simplifications in modelling, to construction faults, which may include insufficient experience of contractors and/or improper supervision. Referring to the real object that failed, the article provides the results of numerical parametric analyses taking into account the influence of the key design parameters such as: the stiffness of the load transfer layers, the amount and stiffness of the geosynthetic reinforcement as well as the column spacing. The article presents comparisons of numerical results obtained with the finite element analyses for various approaches to geometry modelling (axisymmetric, 2D and 3D). The simulations indicate that the use of the axisymmetric model of a single column in routine design may lead to the deformations exceeding the serviceability limit states.

PL

Rozwój infrastruktury komunikacyjne, ze względu na wymaganą geometrię szlaków, powoduje konieczność wznoszenia obiektów na słabych gruntach. Stosowanie wzmocnień w postaci różnego rodzaju kolumn, które przenoszą obciążenia na głębsze, nośne warstwy gruntu jest w takich sytuacjach powszechne. Wśród tej grupy technologii szczególnie często stosowane są wiercone kolumny przemieszczeniowe, stanowiące wsparcie nasypów. Pomimo dostępności wielu wyników badan nasypów na kolumnach wzmacnianych geosyntetykami i dużych doświadczeń w ich realizacji, awarie nadal się zdarzaj ą. Motywacją do podjęcia tematu jest przypadek drogi na niskim nasypie, wykonanym na słabym podłożu organicznym wzmocnionym kolumnami (rys. 2) na której wystąpiły duże nierównomierne osiadania nawierzchni. Różnice osiadania stref nad kolumnami i pomiędzy kolumnami miały bardzo różniące się od siebie wartości nawet w sąsiednich polach i wahały się w granicach od 5,5 do 23 mm. Rozmieszczenie kolumn w planie, pokazano na rys. 3a. Rysunek pokazuje także obszar gruntu przypadaj ący na jedną kolumnę As, co pozwala na wyznaczenie tzw. współczynnika wzmocnienia ARR = AcAs, gdzie Ac jest polem przekroju poprzecznego kolumny. Na rys. 3b pokazano zastępcze rozmieszczenie kolumn, ułatwiające analizy 2D. Celem pracy jest zbadanie wrażliwości układu na zmiany wartości istotnych parametrów projektowych, takie jak: geometria i sztywność warstwy transmisyjnej, ilość i sztywność zbrojenia geosyntetycznego oraz rozstaw kolumn, a także na sposób przestrzennego modelowania geometrii konstrukcji. Zadanie wykonano w formie analiz parametrycznych wykorzystując MES. Przedstawiono porównanie wyników uzyskanych dla modeli pojedynczych kolumn w stanie osiowej symetrii (AX), modeli 2D i modeli 3D. Analizując wyniki skupiono się na przemieszczeniach. Zestawienie analizowanych wariantów modeli przedstawiono w tab. 1. Modele, których parametry są zgodne z parametrami rzeczywistego obiektu nazwano bazowymi i oznaczono dodatkowym symbolem ‘b’. Parametry gruntów wykorzystane w modelach numerycznych zamieszczono w tab. 2. Obliczenia wykonano programem Plaxis. Do symulacji warstwy transmisyjnej (ang. LTP) oraz platformy roboczej wykorzystano model Coulomba–Mohra. Do symulacji pozostałych warstw gruntu zastosowano model Hardening Soil. Obliczenia obejmowały konsolidację gruntu obciążonego w warunkach z drenażem. W analizach 2D i 3D kolumny modelowano z wykorzystaniem elementów ‘embedded beams’. Pomiędzy warstwy zbrojenia geosyntetycznego i otaczający je grunt wprowadzono warstwy elementów ‘interface’. Rysunek 4 przedstawia porównanie wyników osiadania uzyskanych przy zastosowaniu modelu osiowej symetrii. Wzrost rozstawu kolumn zwiększa osiadania nad głowicami oraz różnice osiadania. Interesujące jest porównanie krzywych odpowiadających modelom AX-b i AX-1, gdzie niewielki wzrost ARR spowodował bardzo dużą redukcję osiadania i różnicy osiadania. Zastanawiający jest przebieg krzywej uzyskany przy braku zbrojenia geosyntetycznego. Wyjaśnienia uzyskanych tutaj małych różnic osiadania wymaga jednak dodatkowych analiz. Rysunki 5 do 8 odnoszą się do rozwiązań uzyskanych w modelach 2D. Rozkład osiadania w modelu bazowym 2D-b przedstawiono na rys. 5. Kolejny rysunek przedstawia porównanie wpływu rozstawu kolumn na osiadania. W tym przypadku, podobnie jak w modelu AX, niewielki wzrost ARR (z 3,2% na 3,61%) spowodował znaczne ograniczenia osiadania i różnicy osiadania. Sugeruje to, że istnieje pewna graniczna wartość współczynnika wzmocnienia, powyżej której rozwiązanie konstrukcyjne nabiera pozytywnych cech z punktu widzenia użytkowego. Wpływ ilości zbrojenia geosynetycznego, jego rozmieszczenia oraz sztywności, pokazano na rys. 7. Z rys. 7a wynika, że nawet dwukrotny wzrost sztywności zbrojenia nie wpływa jakościowo na redukcję deformacji układu. Problemy nadmiernych deformacji nasypu, wynikające z dużego rozstawu kolumn, trudno jest także zrekompensować sztywnością warstwy transmisyjnej, co pokazano na rys. 8. Rysunek 9 przedstawia zasadnicze elementy modelu 3D oraz uzyskane osiadania nawierzchni. Na rys. 10 zamieszczono odpowiadające sobie rozwiązania bazowe uzyskane w modelach AX, 2D i 3D. Rysunek ten potwierdza wcześniejsze spostrzeżenia, że w rozwiązaniu osiowosymetrycznym uzyskuje si ę największe osiadania i największe różnice osiadania, jednakże model ten nie uwzględnia wpływu zginania na wytężenie kolumn. Próbę wyjaśnienia wpływu rozstawu kolumn na deformacje nasypu przedstawia rys. 11. Pokazano na nim trajektorie naprężeń głównych uzyskane w rozwiązaniach 2D-b (ARR = 3; 2%) oraz 2D-s4 (ARR = 4; 18%). W pierwszym przypadku, duży rozstaw kolumn, przy ograniczonej wysokości nasypu uniemożliwił pełne rozwinięcie się efektu przesklepienia. Na rys. 12 zestawiono wszystkie poprzednio omówione rozwiązania, wyliczając dla każdego z nich efektywność transferu obciążenia na kolumnę, zdefiniowaną formułą (4.1) w funkcji różnicy osiadania. Z przeprowadzonych symulacji wynika, że sposób modelowania geometrii (AX, 2D i 3D) jest istotnym czynnikiem wpływającym na uzyskane wyniki opisujące deformacje nasypu. W niskich nasypach bardzo istotnym parametrem projektowym jest rozstaw kolumn i związany z nim współczynnik wzmocnienia ARR. Zbyt mała wartość tego współczynnika uniemożliwia pełne rozwinięcie się efektu przesklepienia, redukując efektywność rozwiązania i prowadząc do dużych wartości osiadania i różnic osiadania. Błędy na tym etapie projektowania trudno jest zrekompensować przez ilość i sztywność zbrojenia geosyntetycznego, czy tez zagęszczenie (sztywność) warstwy transmisyjnej. W rozważanym przypadku krytyczna wartość parametru ARR, powyżej której deformacje układu ulegają znacznej redukcji wynosi około 3,6%. Przeprowadzone analizy dotyczą tylko jednego nasypu i należy zachować ostrożność przy próbie uogólniania przedstawionych wniosków.

4

Prediction of cavitation inside mini-sac Diesel injector nozzle using computational fluid dynamics

Bansode Vaibhav, Verma Munna, Pandhare Amar, Shinde Sandip

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2022

|

Vol. 6, No 1

7--12

EN

The performance of the internal flow of the fuel injector is impeded by several factors. The nozzle is one of the factors, being typically about a millimeter long and a fraction of a millimeter in diameter. Cavitation inside the diesel injector nozzle is associated with local pressure distribution. At flow areas with sharp corners, the pressure may locally drop below vapour pressure. The aim of this study is to assess the impact of turbulence and cavitation models on the prediction of flow in diesel injection nozzle. In the present study, an analysis of an existing 6 hole mini-sac diesel injector nozzle is carried out using a CFD package. The main objective of the research is to design a nozzle to avoid cavitation and to find out the contribution of different parameters through parametric study. Cavitation is a complex phenomenon whose appearance depends on the physical as well as flow properties of the flowing substance. Thus, for a better visualization of cavitation, a 3D CFD simulation of mini-sac injector nozzle is carried out. An analysis of a single nozzle hole of a mini-sac diesel injector nozzle is considered for the analysis, as the flow is uniformly distributed through each nozzle. As the three-dimensional geometry of mini-sac nozzle is complicated, therefore tet/hybrid element with T-Grid meshing scheme is used, for good surface meshing. The analysis is carried out at injection pressure of 5 00 bar. The CFDresults are validated against test data with the maximum deviation for the mass flow rate of 8.67% at full needle lift.

5

Bio inspired salamander robot with Pneu-Net Soft actuators – design and walking gait analysis

Natarajan Elango, Chia Kwang Y., Faudzi Ahmad Athif Mohd, Lim Wei Hong, Ang Chun Kit, Jafaari Ali

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 3

art. no. e137055

EN

The research was attempted to mimic the locomotion of the salamander, which is found to be one of the main animals from an evolutionary point of view. The design of the limb and body was started with the parametric studies of pneumatic network (Pneu-Net). Pneu-Net is a pneumatically operated soft actuator that bends when compressed fluid is passed inside the chamber. Finite Element Analysis software, ANSYS, was used to evaluate the height of the chamber, number of chambers and the gap between chambers for both limb and body of the soft mechanism. The parameters were decided based on the force generated by the soft actuators. The assembly of the salamander robot was then exported to MATLAB for simulating the locomotion of the robot in a physical environment. Sine-based controller was used to simulate the robot model and the fastest locomotion of the salamander robot was identified at 1 Hz frequency, 0.3 second of signal delay for limb actuator and negative π phase difference for every contralateral side of the limbs. Shin-Etsu KE-1603, a hyper elastic material, was used to build the salamander robot and a series of experiments were conducted to record the bending angle, the respective generated force in soft actuators and the gait speed of the robot. The developed salamander robot was able to walk at 0.06774 m/s, following an almost identical pattern to the simulation.

6

Simulation of Lueders bands using regularized large strain elasto-plasticity

Mucha M., Wcisło B., Pamin J.

Archives of Mechanics

|

2021

|

Vol. 73, nr 1

83--117

EN

This paper deals with the numerical simulation of an instability phenomenon called Lueders bands with two regularized material models: viscoplasticity and gradient-enhanced plasticity. The models are based on large strain kinematics and temperature-dependence is incorporated. The Huber–Mises–Hencky yield condition and multi-branch hardening are employed. After a brief presentation of the constitutive description, test computations are performed using AceGen and AceFEM symbolic packages for Wolfram Mathematica. The first benchmark is a rectangular tensile plate in plane strain isothermal conditions. For the viscoplastic model, simulation results for different values of viscosity, loading duration and enforced displacement are compared. For the gradient model different internal lengths are used. Mesh sensitivity of the results and the influence of boundary conditions are also examined. Next to the Lueders-type response to a softening-hardening yield strength function, an additional softening stage leading to failure is also considered. The second example concerns a bone-shape sample under tension, for which, next to mesh sensitivity and the effect of regularization, the influence of heat conduction on simulation results is evaluated.

7

Detailed micro-modeling of partially grouted reinforced masonry shear walls: extended validation and parametric study

Calderón Sebastián, Sandoval Cristián, Milani Gabriele, Arnau Oriol

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 3

114--137

EN

Partially grouted reinforced masonry (PG-RM) shear walls have been widely used as structural elements in low- and medium-rise earthquake-resistant buildings. Nonetheless, assessing its shear strength represents a complex task mainly because the partial grouting provides a non-constant cross section, which results in heterogeneous stress–strain patterns. Consequently, refined modeling techniques are needed to reproduce local failure mechanisms taking place in these walls, which significantly influence the global response. In response to this issue, a detailed micro-modeling approach based on the finite element method was proposed in previous studies by the authors. Although the numerical strategy provided accurate results, further validation is required. Therefore, in this study, the experimental results of seven PG-RM shear walls of multi-perforated clay bricks with bed-joint reinforcement are employed as validation cases. These seven walls presented variations in five design parameters. The validated numerical model was then employed to perform a parametric study to assess the influence of the wall aspect ratio, axial pre-compression stress, and horizontal reinforcement ratio on the in-plane lateral behavior of PG-RM shear walls. The obtained results show that the three studied design parameters modified the crack patterns of the walls. Besides, increasing the axial pre-compression stress or reducing the aspect ratio resulted in higher walls’ shear strength. Additionally, decreasing the horizontal reinforcement ratio or increasing the aspect ratio generated a higher story-drift ratio at maximum lateral force. Finally, it was corroborated that the positive effect of the axial pre-compression stress on the walls’ shear strength decreases inversely proportional to the aspect ratio.

8

Goal programming approach for solving heptagonal fuzzy transportation problem under budgetry constraint

Khalifa Hamiden Abd El-Wahed

Operations Research and Decisions

|

2020

|

Vol. 30, No. 1

85--96

EN

Transportation problem (TP) is a special type of linear programming problem (LPP) where the objective is to minimize the cost of distributing a product from several sources (or origins) to some destinations. This paper addresses a transportation problem in which the costs, supplies, and demands are represented as heptagonal fuzzy numbers. After converting the problem into the corresponding crisp TP using the ranking method, a goal programming (GP) approach is applied for obtaining the optimal solution. The advantage of GP for the decision-maker is easy to explain and implement in real life transportation. The stability set of the first kind corresponding to the optimal solution is determined. A numerical example is given to highlight the solution approach.

9

Studium parametryczne wytrzymałości na docisk w konstrukcjach z betonu

Seruga Andrzej, Sokal Piotr

Inżynieria i Budownictwo

|

2020

|

R. 76, nr 8

391--395

PL

Przedstawiono studium parametryczne wpływu wytrzymałości na ściskanie betonu, wpływu stosunku pola przekroju próbki do pola powierzchni docisku oraz stopnia zbrojenia spiralą na wytrzymałość betonu na docisk. Podano alternatywne wzory do obliczania wytrzymałości na docisk betonu elementów zbrojonych spiralami.

EN

Paper presents parametric study of influence of concrete compressive strength, ratio of cross-section area to loaded area and reinforcement ratio on bearing capacity. Based on analised results of previous researches, alternative formulas for bearing capacity of spirally reinforced concrete were presented.

10

Design of jack-up platform for 6 MW WIND TURBINE: parametric analysis based dimensioning of platform legs

Dymarski Paweł

Polish Maritime Research

|

2019

|

nr 2

183--197

EN

The article presents the results of the research conducted within the framework of the project entitled WIND-TU-PLA (ERA-NET, MARTEC II), the general aim of which was to design and analyse supporting structures for wind turbines intended for operation on the South Baltic area. The research part described in the article aimed at developing a preliminary design for a jack-up platform which can operate on water areas with depth of 40 m. The main task was to determine optimal dimensions of platform legs and the radius of their spacing. Two jack-up platform concepts differing by spacing radius and hull dimensions were designed with the intention to be used as a supporting structure for a 6-MW offshore wind turbine. For each concept, the parametric analysis was performed to determine optimal dimensions of platform legs (diameter Dleg and plating thickness tleg). Relevant calculations were performed to assess the movements of the platform with parameters given in Table 1 in conditions simulating the action of the most violent storm in recent 50 years. The obtained results, having the form of amplitudes of selected physical quantities, are shown in comprehensive charts in Fig. 6 and 7. Based on the critical stress values (corresponding to the yield stress), the area was defined in which the impact strength conditions are satisfied (Fig. 14). Then, the fatigue strength analysis was performed for two selected critical leg nodes (Fig. 12). Its results were used for defining the acceptable area with respect to structure’s fatigue (Fig. 14). Geometric parameters were determined which meet the adopted criteria, Table 6. The decisive criterion turned out to be the fatigue strength criterion, while the yield point criterion appeared to be an inactive constraint.

11

Instabilities in membrane tension: Parametric study for large strain thermoplasticity

Mucha M., Wcisło B., Pamin J., Kowalczyk-Gajewska K.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1055--1067

EN

This paper deals with the numerical analysis of localized deformation for a rectangular plate in membrane tension, modelled with large strain thermoplasticity. The aim is to determine the influence of selected factors on the localization phenomena, which can result from geometrical, material, and thermal softening. Two types of boundary conditions are considered: plane stress and plane strain, as well as two yield functions, Huber–Mises–Hencky and Burzyński–Drucker–Prager, with selected values of friction angle. First, isothermal conditions are considered and next, a conductive case with thermal softening is studied. Moreover, three types of plastic behaviour are analysed: strain hardening (with different values of hardening modulus), ideal plasticity, and strain softening. Numerical tests, performed using AceGen/FEM packages, are carried out for the rectangular plate under tension with an imperfection, using three finite element discretizations. The results for plane strain in the isothermal model show that with the decrease of linear hardening modulus, we can observe stronger mesh sensitivity, while for plane stress, mesh sensitivity is visible for all cases. Furthermore, for the thermomechanical model the results also depend on the mesh density due to insufficient heat conduction regularization.

12

Analiza czynnikowa zdolności do obrotu użebrowanego połączenia doczołowego belki do słupa

Ostrowski K., Kozłowski A.

Budownictwo i Architektura

|

2014

|

Vol. 13, nr 3

267--274

PL

Zdolność do obrotu węzłów konstrukcji stalowych jest jedną z cech podatnościowych węzła, niezbędną do uwzględnienia rzeczywistego zachowania się węzła w analizie konstrukcji. Ma to szczególne znaczenie nie tylko w odniesieniu do konstrukcji analizowanych metodami teorii plastyczności, ze względu na możliwość tworzenia się przegubów plastycznych w węzłach, ale także przy projektowaniu w zakresie sprężystym, aby określić bezpieczny zakres odkształcalności węzłów. W artykule przedstawiono wyniki analizy czynnikowej zdolności do obrotu przeprowadzonej na przykładzie doczołowego, nieużebrowanego połączenia śrubowego rygla do słupa. Ocenie poddano wpływ podstawowych czynników zmiennych wpływających na zdolność do obrotu, jakimi są: grubość blachy czołowej węzła „tp”, poziomy rozstaw śrub „w” oraz odległość śrub od górnej powierzchni półki „cg1”. Analizę wykonano przy zastosowaniu metody elementów skończonych, w oparciu o plan eksperymentu numerycznego.

EN

Rotation capacity is one of the joint parameters needed to be taken into account of the real joint behaviour in a global analysis. It has a special influence on the plastic design of steel frames. The results of the parametric study of the stiffened bolted end-plate beam-to-column connection have been presented in the paper. The main investigated parameters are: thickness of end plate “tp”, horizontal bolt spacing “w” and distance of the bolt to plate edge “cg1”. The analysis was performed with the use of finite element method, based on the numerical experiment plan.

13

Parametric Finite Element Analysis for a square cup deep drawing process

Ayari F., Bayraktar E.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 48, nr 1

64--86

EN

Purpose: This manuscript deals with the FEA of the sheet metal forming process that involves various nonlinearities. Our objective is to develop a parametric study that can leads mainly to predict accurately the final geometry of the sheet blank and the distribution of strains and stresses and also to control various forming defects, such as thinning as well as parameters affecting strongly the final form of the sheet after forming process. Design/methodology/approach: The main approach of the current paper is to conduct a validation study of the FEM model. In fact, a 3D parametric FEA model is build using Abaqus /Explicit standard code. Numerous available test data was compared to theoretical predictions via our model. Here, several elastic plastic materials low was used in the FEA model and then, they were validated via experimental results. Findings: Several 2D and 3D plots, which can be used to predict incipient thinning strengths for sheets with flat initial configuration, have been presented for the various loading conditions. Unfortunately, most professionals in the forming process, lack this expertise, which is an obstacle to fully exploit the potential of optimization process of metal forming structures. In this study optimization approach is used to improve the final quality of a deep drawn product d by determining the optimal values of geometric tools parameters. Research limitations/implications: This paper is a first part study of a numerical parametric investigation that is dealing with the most influent parameters in a forming process to simulate the deep drawing of square cup (such as geometric, material parameters and coefficient of frictions). In the future it will be possible to get a large amount of information about typical sheet forming process with various material and geometric parameters and to control them in order to get the most accurate final form under particular loading, material and geometric cases. Originality/value: This model is used with conjunction with optimisation tool to classify geometric parameters that are participating to failure criterion. A mono objective function has been developed within this study to optimise this forming process as a very practical user friend manual.