In this paper, the energy absorption capability of a novel cruciform composite lattice structure was evaluated through the simulation of compression tests. For this purpose, several test samples of Polylactic acid cellular reinforced with continuous glass fibers were prepared for compression testing using the additive manufacturing method of material extrusion. Using a conventional path design for material extrusion, multiple debonding is probable to be occurred at the joint regions of adjacent cells. Therefore, an innovative printing path design was proposed for the cruciform lattice structure. Afterwards, quasistatic compression tests were performed to evaluate the energy absorption behaviour of this structure. A finite element model based on local material property degradation was then developed to verify the experimental test and extend the virtual test method. Accordingly, different combinations of unit cells' dimensions using the design of the experiment were numerically proposed to obtain the optimal configuration in terms of the total absorbed energy. Having brilliant energy absorption properties, the studied cruciform lattice with its optimized unit cell dimensions can be used as an energy absorber in crashworthiness applications. Finally, a cellular structure will be suitable with optimal behavior in crush load efficiency and high energy absorption.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.81.2-81.2
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2012
To fabricate a metal mold for injection molding, hot-embossing and imprinting process, mechanical machining, electro discharge machining (EDM), electrochemical machining (ECM), laser process and wet etching ($FeCl_3$ process) have been widely used. However it is hard to get precise structure with these processes. Electrochemical etching has been also employed to fabricate a micro structure in metal mold. A through mask electrochemical micro machining (TMEMM) is one of the electrochemical etching processes which can obtain finely precise structure. In this process, many parameters such as current density, process time, temperature of electrolyte and distance between electrodes should be controlled. Therefore, it is difficult to predict the result because it has low reliability and reproducibility. To improve it, we investigated this process numerically and experimentally. To search the relation between processing parameters and the results, we used finite element simulation and the commercial finite element method (FEM) software ANSYS was used to analyze the electric field. In this study, it was supposed that the anodic dissolution process is predicted depending on the current density which is one of major parameters with finite element method. In experiment, we used stainless steel (SS304) substrate with various sized square and circular array patterns as an anode and copper (Cu) plate as a cathode. A mixture of $H_2SO_4$, $H_3PO_4$ and DIW was used as an electrolyte. After electrochemical etching process, we compared the results of experiment and simulation. As a result, we got the current distribution in the electrolyte and line profile of current density of the patterns from simulation. And etching profile and surface morphologies were characterized by 3D-profiler(${\mu}$-surf, Nanofocus, Germany) and FE-SEM(S-4800, Hitachi, Japan) measurement. From comparison of these data, it was confirmed that current distribution and line profile of the patterns from simulation are similar to surface morphology and etching profile of the sample from the process, respectively. Then we concluded that current density is more concentrated at the edge of pattern and the depth of etched area is proportional to current density.
In this paper, the design of piezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducer (pMUT) for wideband ultrasonic radiation in air was investigated. One of the methods to achieve wide frequency bandwidth in single device is modeling the transducer to multi-resonance system. The new pMUT was designed as a multi-resonance system with the addition of a suitable acoustic structure to the front and back of a thin film structure. A new pMUT consisting of thin film parts, radiation parts, and packaging parts is designed with a Lumped Parameter Model (L.P.M). Finally, it was validated as a Finite Element Method (FEM) simulation. The final designed pMUT achieved a frequency band of 102 kHz ~ 132 kHz (-3 dB).
Nam, Young Jun;Kim, Jeong Hyun;Bae, Cheol Ho;Lim, Yun Mook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.2
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pp.191-195
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2020
In this work, tensile tests, one of the most common test method to assess the condition of a corroded pipe, were conducted. According to ASTM E8 method, the use of flat or curved uni-axial tension test is allowed under the recommendation with the usage of grips corresponding to a curvature of the pipe. However, this method is not for corroded specimen. Furthermore, in the case of performing the multiple tensile tests with various curvatures, it is desirable not to produce zigs that fit each curvatures, if merely processing the specimen grip with curvature into the flat grip can show almost identical tensile behavior. Therefore, various tension simulations were conducted first to check if there exist any differences. Also, experiments on corroded tensile specimen were conducted and compared with the FEM simulation that reflects the actual geometry acquired from the 3D scanner.
This paper presents the numerical simulation results on the moving type electrodynamic suspension (EDS) simulator and static type EDS simulator using high-Tc superconducting (HTS) levitation magnet. The levitation force of the EDS system is formed by the reaction between the moving magnet and the fixed ground conductor. The possible two ways to simulate the EDS system were simulated in this paper by using finite element method (FEM). The first way was the moving type simulator which consists of the fixed HTS magnet and the moving ground conductor. The second way was the static type simulator which consists of the fixed magnet, the fixed ground conductor and the ac current supply system. To verify the characteristics of high speed EDS system with the moving type simulator heavy, large and fast moving ground conductor is needed. The static type simulator can get the characteristics of the high speed EDS system by applying equivalent ac current to velocity, therefore it does not need large moving part. The static type EDS simulator, which can consist of an HTS magnet, the fixed ground conductor(s), an AC power supply and the measuring devices, also test the effect of the shape of the ground conductor easily. The plate type ground conductor made stronger levitation force than ring type ground conductor. Although the outer diameter 335 mm ring type ground conductor (Ring3) was larger than the outer diameter 235 mm ground conductor (Ring2), the levitation force by Ring2 was stronger than that by Ring3. From the calculation results on this paper, the consideration of the magnetic flux distribution according to the levitation height should be included in the process of the ground conductor design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.12
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pp.1555-1569
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2000
Numerical simulation of fluid flow with moving free surface has been carried out. For the free surface flow, a VOF(Volume of Fluid)-based algorithm utilizing a fixed grid system has been investigated. In order to reduce numerical smearing at the free surface represented on a fixed grid system, a new free surface tracking algorithm based on the donor-acceptor scheme has been presented. Novel features of the proposed algorithm are characterized as two numerical tools; the orientation vector to represent the free surface orientation in each cell and the baby-cell to determine the fluid volume flux at each cell boundary. The proposed algorithm can be easily implemented in any irregular non-uniform grid systems that are usual in finite element method (FEM). Moreover, the proposed algorithm can be extended and applied to the 3-D free surface flow problem without additional efforts. For computation of unsteady incompressible flow, a finite element approximation based on the explicit fractional step method has been adopted. In addition, the SUPG(streamline upwind/Petrov-Galerkin) method has been implemented to deal with convection dominated flows. Combination of the proposed free surface tracking scheme and explicit fractional step formulation resulted in an efficient solution algorithm. Validity of the present solution algorithm was demonstrated from its application to the broken dam and the solitary wave propagation problems.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.12
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pp.1828-1835
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2012
In this paper, a conceptual design and a detailed design of novel cylindrical magnetic levitation stage is introduced. This is came from planar-typed magnetic levitation stage. The proposed stage is composed of cylinder-typed permanent magnet array and semi-cylinder-typed 3 phase winding module. When a proper current is induced at winding module, a magnetic levitation force between the permanent magnet array and winding module is generated. The proposed stage can precisely move the cylinder to rotations and translations as well as levitations with the magnetic levitation force. This advantage is useful to make a nano patterning on the surface of cylindrical specimen by using electron beam lithography under vacuum. Two methods are used to calculate required magnetic levitation forces. The one is 2D FEM analysis, the other is mathematical modeling. This paper shown that results of two methods are similar. An assistant plate is introduced to reduce required currents of winding module for levitations in vacuum. The mathematical model of cylindrical magnetic levitation stage is used for dynamic simulation of magnetic levitations. A lead-lag compensator is used for control of the model. Simulation results shown that the detail designed model of the cylindrical magnetic levitation stage with the assistant plate can be controlled very well.
Soft bending actuators have gained significant interest in robotic applications due to their compliance and lightweight nature. Their compliance allows for safer and more natural interactions with humans or other objects, reducing the risk of injury or damage. However, the nonlinear behaviour of soft actuators presents challenges in accurately predicting their bending motion and force exertion. In this research, a new comprehensive study has been conducted by employing a developed 3D finite element model (FEM) to investigate the effect of geometrical and material parameters on the bending behaviour of a soft pneumatic actuator reinforced with Kevlar fibres. A series of experiments are designed to validate the FE model, and the FE model investigates the improvement of actuator performance. The material used for fabricating the actuator is RTV-2 silicone rubber. In this study, the Cauchy stress was expanded for hyperelastic models and the best model to express the stress-strain behaviour based on ASTM D412 Type C tensile test for this material has been obtained. The results show that the greatest bending angle was achieved for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 1.5 mm and second layer thickness of 1 mm. In comparison, the maximum response force was obtained for the semi-elliptical actuator made of RTV2 material with a pitch of 6 mm and a second layer thickness of 2 mm. Additionally, this research opens up new possibilities for development of safer and more efficient robotic systems that can interact seamlessly with humans and their environment.
Purpose: This study was to the fragility evaluation of I-shape curved beam structure subjected to strong ground motions including Gyeongju and Pohang earthquakes Method: In particular, to conduct the analytical model, ABAQUS and ANSYS platform was used in this study. Furthermore, the analytical model using 3D Finite Element Model (FEM) was validated, in comparison to the theoretical solutions at the location of 025L, 05L, and 0.75L in static loading condition. In addition, in order to evaluate the seismic fragility of the curved beam structure, 20 seismic ground motions were selected and Monte-Carlo Simulation was used for the empirical fragility evaluation from 0.2g to 1.5g. Result: It was interesting to find that the probability of the system failure was found at 0.2g, as using 190 MPa limit state and the probability of the failure using 390 MPa limit state was starting from 0.6g. Conclusion: This study showed the comparison of the theoretical solution with analytical solution on I-shaped curved beam structures and it was interesting to note that the system subjected to strong ground motions was sensitive to high frequency earthquake. Further, the seismic fragility corresponding to the curved beam shapes must be evaluated.
Constructing the maximum displacement and shear force database for the seismic performance of building with soil-structure interaction under varied earthquake scenarios and geotechnical conditions is critical in developing the neural network-based prediction models. However, using the available 3D FEM-based computer simulation techniques causes high computation costs in developing the database. This study introduces the framework of developing the artificial neural network (ANN) model to predict the seismic performance of building at given Poisson's ratio and shear wave velocity of soil. The simple Single-Degree-Of-Freedom system was used to develop the database and the performance of the developed neural network model is discussed through the evaluated coefficient of determination (R2). In addition, ANN models were developed for 90~100% percentile of the database to assess the accuracy of the developed ANN models in each percentile.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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