Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.5
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pp.820-830
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1989
The tire inflation and contact problem has been solved by a finite element method. The finite element formulation is derived from the equilibrium equations by the principle of virtual work in the form of an updated Lagrangian formulation for incremental analysis. Then, a contact formulation is added to the finite element formulation to calculate stress state of tire in contact with flat rigid road under the load due to the self-weight of a vehicle. In the finite element analysis, equations of effective material properties are introduced to analyze a plane strain model of the shell-like tire by considering the bending effect of reinforced steel cords. The proposed equations of effective material properties produced stress concentration around the edge of belt layers, which does not appear when other well-known equations of material properties are adopted. The result from the above algorithm demonstrates the validity of the formulation and the proposed equations for the effective elastic constants. The result fully interprets the cause of separation between belt layers by showing the stress concentration.
The first part of this study found the tendencies of the mechanical properties of two arctic structural steels (EH32 and FH32). In the second part, the crashworthiness of stiffened panels scaled down from the side frame structure of a Korean research icebreaker was determined. A procedure for designing the shapes and sizes of the stiffened panels, mass and shape of a drop striker, and a large temperature chamber, and then manufacturing these, is introduced in detail. From impact bending tests for the stiffened panels, the residual permanent deformations and deformation histories over time were captured using manual measurement and video image analyses. Numerical simulations of the impact bending tests were carried out for three different finite element models, which were mainly composed of shell elements, solid elements, and solid elements, with welding beads. It was proven from a comparison of the test results and numerical simulation results that the solid element model with the welding bead consideration approached the test results in terms of the residual deformations as long as the strain rate effect was taken into account.
Kim, In-Kyu;Song, Jun-Young;Hwan, Oh-Ki;Hong, Sun Ig
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.5
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pp.345-351
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2012
A three-point bending test was performed on roll-bonded Mg/Al/STS clad-metal plates under two different testing conditions (Mg layer in tension, or STS in tension) and their mechanical response and fracture behavior were investigated. Bending strength was found to be greater under the condition of Mg layer in tension. Heat treatment at $200^{\circ}C$ increased the bending formability, suggesting the interfacial strength increased at $200^{\circ}C$. Under the condition of Mg in tension, the clad heat-treated at $300^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ fractured in two steps, with the first step associated with the interfacial fracture between Mg and Al, and the second the fracture of the Mg layer. STS/Al layers were found to be bent without complete fracture. Under the condition of STS in tension, the clad heat-treated at $300^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ exhibited a very small load drop at the displacement, which is similar to that of the first load drop associated with the interfacial fracture under the condition of Mg in tension. In this case, no interfacial cracks were found and the complete cut-through fracture of clad was observed at low temperature heat treatment conditions, suggesting excellent interfacial strength. When the heat treatment temperature was higher than $300^{\circ}C$, interfacial cracks were observed. The local stress condition and the position of the interface with respect to the surface were found to have a great influence on the fracture behaviors of clad metals.
The equation of motion of the drill string along the excavation trajectory was analyzed using the Lagrangian approach together with the finite element method (FEM). A drill string of circular cross section is constructed by combining a plurality of circular axes each having 12 degrees of freedom (DOF). FEM analysis can observe the vibration and dynamic changes of the entire drill string, and it is easy to apply comprehensive boundary conditions to reproduce the simulation of a realistic drill string. In this study, the constructed FEM motel was simulated. In order to apply the FEM program to the actual drill trajectory, the dynamic analysis of the curved beam was verified by comparison with the actual values. The dynamic change over time was observed.
In this study, as part of the development of an autonomous flying personal aircraft, an equivalent model of the main wing assembly of an Optionally Piloted Personal Air Vehicle (OPPAV) was developed. Reliability of the developed equivalent model was verified by eigenvalue analysis. The main wing assembly consisted of a main wing, an inboard pod, and an outboard pod. First, for developing an equivalent model of each component, components to produce the equivalent model were divided into several sections. Nodes were then created on the axis of the equivalent model at both ends of each section. In addition, static analysis with unit force and unit moment was performed to calculate the deformation or the amount of rotation at the node to be used in the equivalent model. Equivalent axial, bending, and torsional stiffness of each section were calculated by applying the beam theory. Once the equivalent stiffness of each section was calculated, information of a mass and moment of inertia for each section was entered by creating a lumped mass in the center of each section. An equivalent model was developed using beam element. Finally, the reliability of the developed equivalent model was verified by comparison with results of mode analysis of the fine model.
The display industry is transitioning from traditional rigid products such as flat panel displays to flexible or wearable ones designed to be folded or rolled. Accordingly, colorless and optically transparent polyimide (CPI) films are one of the prime candidates to substitute traditional cover glass as a passivation layer to accommodate product flexibility. However, CPI films subjected to repetitive pure bending loads inevitably entail an accumulation of residual strain that can eventually cause wrinkles or delamination in the underlying component after a certain number of static and cyclic loading. The purpose of this study is to establish an experimental method to systematically evaluate the bending residual strain of CPI films. Films were monotonically and cyclically wrapped on mandrels of various diameters to ensure a constant strain in each. After unwrapping the wound CPI film, the residual radius of curvature remaining on the film was measured and converted into residual strain. The critical radius of curvature at which residual strain does not remain was about 5 mm, and the residual strain decreased in proportion to the log time. It is expected that flexible displays can be reliably designed using the data between the applied bending strain and the residual strain.
Park, Young-Bin;Pham, Giang T.;Wang, Ben;Kim, Sang-Woo
Composites Research
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v.22
no.6
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pp.1-6
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2009
This paper presents an experimental study on the piezoresistive behavior of nanocomposite strain sensors subjected to various loading modes and their capability to detect structural deformations and damages. The electrically conductive nanocomposites were fabricated in the form of a film using various types of thermoplastic polymers and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) at various loadings. In this study, the nanocomposite strain sensors were bonded to a substrate and subjected to tension, flexure, or compression. In tension and flexure, the resistivity change showed dependence on measurement direction, indicating that the sensors can be used for multi-directional strain sensing. In addition, the sensors exhibited a decreasing behavior in resistivity as the compressive load was applied, suggesting that they can be used for pressure sensing. This study demonstrates that the nanocomposite strain sensors can provide a pathway to affordable, effective, and versatile structural health monitoring.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.26
no.4
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pp.75-82
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2019
Flexible solar cells have attracted enormous attention in recent years due to their wide applications such as portable batteries, wearable devices, robotics, drones, and airplanes. In particular, the demands of the flexible silicon and compound semiconductor solar cells with high efficiency and high reliability keep increasing. In this study, we fabricated a flexible InGaP/GaAs double-junction solar module. Then, the effects of the wind speed and ambient temperature on the operating temperature of the solar cell were analyzed with the numerical simulation. The temperature distributions of the solar modules were analyzed for three different wind speeds of 0 m/s, 2.5 m/s, and 5 m/s, and two different ambient temperature conditions of 25℃ and 33℃. The flexibility of the flexible solar module was also evaluated with the bending tests and numerical bending simulation. When the wind speed was 0 m/s at 25 ℃, the maximum temperature of the solar cell was reached to be 149.7℃. When the wind speed was increased to 2.5 m/s, the temperature of the solar cell was reduced to 66.2℃. In case of the wind speed of 5 m/s, the temperature of the solar cell dropped sharply to 48.3℃. Ambient temperature also influenced the operating temperature of the solar cell. When the ambient temperature increased to 33℃ at 2.5 m/s, the temperature of the solar cell slightly increased to 74.2℃ indicating that the most important parameter affecting the temperature of the solar cell was heat dissipation due to wind speed. Since the maximum temperatures of the solar cell are lower than the glass transition temperatures of the materials used, the chances of thermal deformation and degradation of the module will be very low. The flexible solar module can be bent to a bending radius of 7 mm showing relatively good bending capability. Neutral plane analysis was also indicated that the flexibility of the solar module can be further improved by locating the solar cell in the neutral plane.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.1
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pp.1-5
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2019
In this paper, the experimental study and finite elements analysis were conducted on homogeneous and dissimilar metals single lap-shear bonded joints to investigate the factor that affect the joint failure load. It was found that factors which have the significant effects on the failure load of the joint was stiffness of the adherends. And from experimental results, it can be confirmed that the failure load increases linearly with overlap length increases. And the failure load of dissimilar metal joints is approximately 1KN(10~17%) larger than homogeneous metal joints. In order to confirm this phenomenon, the stress distribution and strain distribution of the specimens were analyzed through the finite element analysis. The difference between homogeneous metals joints and dissimilar metals joints is that stress and strain in adhesive are concentrated at the end of the overlap zone close to aluminium which has lower rigidity than aluminium in case of dissimilar metals joints. From high rigidity of steel, the stress concentration in bonds are decreased and it cause increase of the failure strength at dissimilar metal joints.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.1
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pp.29-34
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2024
The heating element utilizing the Joule heating generated when current flows through a conductor is widely researched and developed for various industrial applications such as moisture removal in automotive windshield, high-speed train windows, and solar panels. Recently, research utilizing heating elements with various nanostructures has been actively conducted to develop flexible heating elements capable of maintaining stable heating even under mechanical deformation conditions. In this study, flexible polyurethane possessing excellent flexibility was selected as the substrate, and silver (Ag) thin films with low electrical resistivity (1.6 μΩ-cm) were fabricated as the heating layer using magnetron sputtering. The 2D heating structure of the Ag thin films demonstrated excellent heating reproducibility, reaching 95% of the target temperature within 20 seconds. Furthermore, excellent heating characteristics were maintained even under mechanically deforming environments, exhibiting outstanding flexibility with less than a 3% increase in electrical resistance observed in repetitive bending tests (10,000 cycles, based on a curvature radius of 5 mm). This demonstrates that polyurethane/Ag planar heating structure bears promising potential as a flexible/wearable heating element for curved-shaped appliances and objects subjected to diverse stresses such as human body parts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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