This paper deals with optimum design of surface mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) for automotive component. For a compact system structure, it was designed as a motor with a 14-pole 12-slot concentrated winding and hollow shaft. The motor is a thin type structure which stator outer diameter is relatively large compared to its axial length and is designed to have a high magnetic saturation for increasing the torque density. Since the high magnetic saturation in the stator core increases the axial leakage flux, a 3-dimensional (3-D) finite element analysis (FEA) is indispensable for torque analysis. However, optimum designs using 3-D FEA is inefficient in terms of time and cost. Therefore, equivalent 2-D FEA which is able to consider axial leakage flux is applied to the optimization to overcome the disadvantages of 3-D FEA. The structure for cost reduction is proposed and optimum design using equivalent 2-D FEA has been performed.
This paper presents the results of parametric analyses to compute the axial capacity of a suction pile using 2D and 3D finite element approaches. The study is intended to simplify the process of analyzing suction piles from 3D to 2D model. The research focuses on obtaining the coefficient to be applied into the 2D model in order to obtain results that are as close as possible to the 3D model. Two 2D models were used in the analysis, namely the plane strain and axisymmetric models. The analyses were performed using two actual offshore soil data of the North and West Java Indonesia. The study reveals that the simplification of model through 2D Finite Element is achievable by applying the appropriate coefficient to the stiffness parameters. The results show that the simplified model of the 2D FEA provides more conservative results (with the difference between 2% to 7%) than the 3D FEA.
The 4-pole linear homopolar synchronous motor (LHSM), so called linear inductor motor, is composed of the figure-of-eight shaped 3-phase armature windings, DC field windings, and the segmented secondary with the transverse bar track. To reduce the calculation time, the simplified 3D finite element model with equivalent reluctance and/or permanent magnet is presented. To obtain a clear understanding, propriety and usefulness of the developed model, we compare with the results of simplified 3D FEA, general 3D FEA and test. Consequently, the results of simplified and 3D FEM analysis are nearly identical, but much larger than that of static test at d-axis armature excitation. Therefore the improved FEA model, such as full model with half slot, is needed for the precise analysis.
This paper deals with the characteristic analysis of small power brushless DC (BLDC) motor considering the rotor magnet overhang flux. In the driving characteristics analysis using 2D FEA (Finite Element Analysis), the rotor magnet overhang effect can't be considered and it should be neglected. To consider rotor magnet overhang effect, 3D FEA should be required. But 3D FEA requires very long calculation time even though the high specification computer is used. In this paper, the 3D electromagnetic model of BLDC motor is approximated as the 2D electromagnetic model considering overhang effect. In this paper, the concept of overhang coefficient is applied, and the coefficient according to load torque variance is deduced.
Park, Jung-Chul;Shin, Hyun-Seung;Cha, Jung-Yul;Park, Jong-Tae
Journal of Periodontal and Implant Science
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제45권1호
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pp.8-13
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2015
Purpose: The aim of this study was to evaluate the transfer of different occlusal forces in various skeletal malocclusions using finite element analysis (FEA). Methods: Three representative human cone-beam computed tomography (CBCT) images of three skeletal malocclusions were obtained from the Department of Orthodontics, Yonsei University Dental Hospital, Seoul, South Korea. The CBCT scans were read into the visualization software after separating bones and muscles by uploading the CBCT images into Mimics (Materialise). Two separate three-dimensional (3D) files were exported to visualize the solid morphology of skeletal outlines without considering the inner structures. Individual dental impressions were taken and stone models were scanned with a 3D scanner. These images were integrated and occlusal motions were simulated. Displacement and Von Mises stress were measured at the nodes of the FEA models. The displacement and stress distribution were analyzed. FEA was performed to obtain the 3D deformation of the mandibles under loads of 100, 150, 200, and 225 kg. Results: The distortion in all three skeletal malocclusions was comparable. Greater forces resulted in observing more distortion in FEA. Conclusions: Further studies are warranted to fully evaluate the impact of skeletal malocclusion on masticatory performance using information on muscle attachment and 3D temporomandibular joint movements.
The Berkovich nano-indentation is an indentation test method analyzing mechanical properties of materials such as hardness and elastic modulus. The length scale of the penetration is measured in nanometers. Therefore, this method becomes widely useful for analyzing the mechanical property of thin film which can not be measured before. In this paper, comparing two results of the load-displacement curve obtained by the Berkovich nano-indentation and the 3-D finite element analysis, it was confirmed that the 3-D finite element analysis is useful. The phenomenon of pile-up and sink-in due to material properties was discussed by the finite element analysis.
In this study, the die design and die series on the surface residual stress of cold drawn eutectoid steel wire have been investigated. Test pieces were fabricated using die series with different mean and final reduction ratios. Surface residual stresses in the axial direction were measured by X-ray diffraction, Bruker's 2-dimensional GADDS system. The results were compared with stress profiles that were calculated by 3D and 2D finite element simulations, ABAQUS 6.4 program in finite element analysis(FEA). By means of the FEA method, optimal die shape considering delta-parameter were induced and applied in order to determine die sequence designs. Balance of the drawing stresses was also introduced to optimize die sequence.
In this study, an automation tool was developed for rapid evaluation of machine tool spindle designs with automated three-dimensional finite element analysis (3D FEA) using solid elements. The tool performs FEA with the minimum data of point coordinates to define the section of the spindle shaft and bearing positions. Using object-oriented programming techniques, the tool was implemented in the programming environment of a CAD system to make use of its objects. Its modules were constructed with the objects to generate the geometric model and then to convert it into the FE model of 3D solid elements at the workbenches of the CAD system using the point data. Graphic user interfaces were developed to allow users to interact with the tool. This tool is helpful for identification of a near optimal design of the spindle based on, for example, stiffness with multiple design changes and then FEAs.
Ran Feng;Tao Yang;Zhenming Chen;Krishanu Roy;Boshan Chen;James B.P. Lim
Steel and Composite Structures
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제46권3호
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pp.353-366
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2023
This paper presents a finite-element analysis (FEA) of aluminum alloy rectangular hollow sections (RHSs) and square hollow sections (SHSs) with circular through-openings under three-point and four-point bending. First, a finite-element model (FEM) was developed and validated against the corresponding test results available in the literature. Next, using the validated FE models, a parametric study comprising 180 FE models was conducted. The cross-section width-to-thickness ratio (b/t) ranged from 2 to 5, the hole size ratio (d/h) ranged from 0.2 to 0.8 and the quantity of holes (n) ranged from 2 to 6, respectively. Third, results obtained from laboratory test and FEA were compared with current design strengths calculated in accordance with the North American Specifications (NAS), the modified direct strength method (DSM) and the modified Continuous strength method (CSM). The comparison shows that the modified CSM are conservative by 15% on average for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings subject to bending. Finally, a new design equation is proposed based on the modified CSM after being validated with results obtained from laboratory test and FEA. The proposed design equation can provide accurate predictions of flexural capacities for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings.
Jo, Young-Sik;Ahn, Ho-Jin;Hong, Jung-Pyo;Lee, Ju;Kwon, Young-Kil;Ryu, Kang-Sik
한국초전도학회:학술대회논문집
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한국초전도학회 2000년도 High Temperature Superconductivity Vol.X
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pp.216-220
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2000
AC Superconducting Generators (ACSG) are featured by 3D magnetic flux distribution, which decreases in the direction of axis. For this reason, when ACSG is optimal designed, 3D magnetic field analysis is required. This paper proposes 2D Finite Element Analysis (FEA) results normalized by 3D FEA according to the position of armature coil and the ratio of field coil width to axial length in order to reduce the analysis time. By using the proposed data, the reasonable 3D FEA results of ACSG can be only predicted by 2D FEA results. The validity of the 3D FEA results is verified by comparison with the experimental results of 30kVA superconducting synchronous generator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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