Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.94-101
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2019
In this study, the FEM technique was applied to design the shape of the horn that transmits ultrasonic vibration energy to the base material, and the shape of the welding horn with a one-wavelength bar shape used in the 20kHz region was designed. The shape design of the horn was performed by applying the rod longitudinal vibration theory to Ansys APDL (Ansys Parametric Design Language). Twenty-five models were designed using the ratio of the area of the input and output surfaces of the vibration and the length of the horn to derive the appropriate horn shape. The horn was designed with a total length of 130mm, a step length of 65mm, and an output area of 28.79mm. The horn was fabricated using the optimized dimensions, and the vibration and displacement characteristics of the horn were evaluated using the measurement system. Finally, a uniform longitudinal step horn was designed, and more than 97.4% of the uniformity of the tip was secured. The amplitude ratio of the optimized horn was improved by 51%.
Five extended cylindrical reticulated shells are proposed by changing distribution rule of diagonal rods based on three fundamental types. Modeling programs for fundamental types and extended types of cylindrical reticulated shell are compiled by using the ANSYS Parametric Design Language (APDL). On this basis, conditional formulas are derived when the grid shape of cylindrical reticulated shells is equilateral triangle. Internal force analysis of cylindrical reticulated shells is carried out. The variation and distribution regularities of maximum displacement and stress are studied. A shape optimization program is proposed by adopting the sequence two-stage algorithm (RDQA) in FORTRAN environment based on the characteristics of cylindrical reticulated shells and the ideas of discrete variable optimization design. Shape optimization is achieved by considering the objective function of the minimum total steel consumption, global and locality constraints. The shape optimization for three fundamental types and five extended types is calculated with the span of 30 m~80 m and rise-span ratio of 1/7~1/3. The variations of the total steel consumption along with the span and rise-span ratio are analyzed with contrast to the results of shape optimization. The optimal combination of main design parameters for five extended cylindrical reticulated shells is investigated. The total steel consumption affected by distribution rule of diagonal rods is discussed. The results show that: (1) Parametric modeling method is simple, efficient and practical, which can quickly generate different types of cylindrical reticulated shells. (2) The mechanical properties of five extended cylindrical reticulated shells are better than their fundamental types. (3) The total steel consumption of cylindrical reticulated shells is optimized to be the least when rise-span ratio is 1/6. (4) The extended type of three-way grid cylindrical reticulated shell should be preferentially adopted in practical engineering. (5) The grid shape of reticulated shells should be designed to equilateral triangle as much as possible because of its reasonable stress and the lowest total steel consumption.
Seo, Jin;Kim, Dong-Young;Hong, Do-Kwan;Choi, Seok-Chang;An, Chan-Woo;Han, Geun-Jo
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.892-895
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2002
In this study, to grasp the effect of vibration intensity fur the laminated composite plate, the two-dimension plate was shaken by a harmonic point excitation with the natural frequency using the finite element method. As the result, it shows that the vibration intensity according to the change of angle-ply is various and it flows to the direction of length rather than width in the plate. Also this paper represents those results to the vector flow.
Spherical reticulated shells are widely applied in structural engineering due to their good bearing capability and attractive appearance. Parametric modeling of spherical reticulated shells is the basis of internal analysis and optimization design. In the present study, generation methods of nodes and the corresponding connection methods of rod elements are proposed. Modeling programs are compiled by adopting the ANSYS Parametric Design Language (APDL). A shape optimization method based on the two-stage algorithm is presented, and the corresponding optimization program is compiled in FORTRAN environment. Shape optimization is carried out based on the objective function of the minimum total steel consumption and the restriction condition of strength, stiffness, slenderness ratio, stability. The shape optimization of four typical Schwedler spherical reticulated shells is calculated with the span of 30 m~80 m and rise to span ratio of 1/7~1/2. Compared with the shape optimization results, the variation rules of total steel consumption along with the span and rise to span ratio are discussed. The results show that: (1) The left and right rod-Schwedler spherical reticulated shell is the most optimized and should be preferentially adopted in structural engineering. (2) The left diagonal rod-Schwedler spherical reticulated shell is second only to left and right rod regarding the mechanical behavior and optimized results. It can be applied to medium and small-span structures. (3) Double slash rod-Schwedler spherical reticulated shell is advantageous in mechanical behavior but with the largest total weight. Thus, this type can be used in large-span structures as far as possible. (4) The mechanical performance of no latitudinal rod-Schwedler spherical reticulated shell is the worst and with the second largest weight. Thus, this spherical reticulated shell should not be adopted generally in engineering.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.879-882
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2002
To control the vibration and sound of structure, it is important to analyze the dynamic action of structure. And through those analysis, the vibration source and the flow path is understood. To grasp that, when the two-dimension plate structure is shaken by a harmonic point excitation with the natural frequency using the finite element method, this paper presents the relation between vibration power flow and mode shape. As those results present to vector flow, the vibration power flow is visualized.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.863-866
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2002
In this study, we tried to grasp the characteristic of vibration power flow for the truss core type sandwich plate structure. As the result of the finite element analysis, this paper shows that the vibration power flow characteristic of truss core type sandwich plate structure is understood and the vibration power flow of upper plate according to the mode shape of structure is various. Also it presents the vibration power flow is affected by reinforced structure.
In the present study, active control of a smart beam under forced vibration is analyzed. The aluminum smart beam is composed of two piezoelectric patches and strain gauge. One of the piezoelectric patches is used as controlling actuator while the other piezoelectric patch is used as vibration generating shaker. The smart beam is harmonically excited by the piezoelectric shaker at its fundamental frequency. The strain gauge is utilized to sense the vibration level. Active vibration reduction under harmonic excitation is achieved using both strain and displacement feedback control. Control actions, the finite element (FE) modeling and analyses are directly carried out by using ANSYS parametric design language (APDL). Experimental applications are performed with LabVIEW. Dynamic behavior at the tip of the beam is evaluated for the uncontrolled and controlled responses. The simulation and experimental results are compared. Good agreement is observed between simulation and experimental results under harmonic excitation.
In this paper, the analysis of the behavior of surface cracks in finite-thickness plates repaired with a Boron/Epoxy composite patch is investigated using three-dimensional finite element methods. The stress intensity factor at the crack-front was used as the fracture criteria. Using the Ansys Parametric Design Language (APDL), the stress intensities at the internal and external positions of repaired surface crack were compared. The effects of the mechanical and geometrical properties of the adhesive layer and the composite patch on the variation of the stress intensity factor at the crack-front were examined.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.4
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pp.263-270
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2017
The shipbuilding industry uses large stationary tanks to store low-pressure air, which is used to open and close large shut-off valves. However, when supplying air from the tank to a distant valve, there are problems related to the need for supplementary pipes and the pressure drop during transportation. In this study, a portable welded vessel for storing high-pressure nitrogen (11 kg, 10 L, and 50 bar) was designed to prevent air leakage and improve the convenience of workers. This pressure vessel was elliptical to reduce the number of welded parts, which are structurally weak. The thickness and ratio of the major and minor axes of the pressure vessel were calculated to verify its structure stability at the working pressure (50 bar), and that the proposed weight and capacity were satisfactory. The residual stress caused by the welding process was calculated by performing a transient thermal-structural coupled field analysis using the ANSYS parametric design language (APDL), and the fatigue life of the vessel was verified based on the Goodman criterion.
Triangular pyramid and Quadrangular pyramid elements for partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system are investigated in the present study. Macro programs for six typical partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system are compiled by using the ANSYS Parametric Design Language (APDL). Internal force analysis of six spherical reticulated shells is carried out. Distribution regularity of the stress and displacement are studied. A shape optimization program is proposed by adopting the sequence two-stage algorithm (RDQA) in FORTRAN environment based on the characteristics of partial double-layer spherical reticulated shells of pyramidal system and the ideas of discrete variable optimization design. Shape optimization is achieved by considering the objective function of the minimum total steel consumption, global and locality constraints. The shape optimization of six spherical reticulated shells is calculated with the span of 30m~120m and rise to span ratio of 1/7~1/3. The variations of the total steel consumption along with the span and rise to span ratio are discussed with contrast to the results of shape optimization. The optimal combination of main design parameters for six spherical reticulated shells is investigated, i.e., the number of the optimal grids. The results show that: (1) The Kiewitt and Geodesic partial double-layer spherical reticulated shells of triangular pyramidal system should be preferentially adopted in large and medium-span structures. The range of rise to span ratio is from 1/6 to 1/5. (2) The Ribbed and Schwedler partial double-layer spherical reticulated shells of quadrangular pyramidal system should be preferentially adopted in small-span structures. The rise to span ratio should be 1/4. (3) Grids of the six spherical reticulated shells can be optimized after shape optimization and the total steel consumption is optimized to be the least.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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