Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.335-343
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1983
Modified-Shrink-Fit(MSF) method of compound cylinder is studied to increase elastic load carrying capacity (ELCC) of pressure vessel. The autofrettage and the shrink-fit processes are used to study the MSF process. Theoretical analyses based on the Tresca yield criterion, Hencky's total strain theory and elastic linearly strain-hardening material are carried out to derive closed form solutions. Experimental results are compared with theoretical results with various diameter ratios between outer (SM45C) and inner (SM20C) bloc cylinder. For various diameter ratios, increments of ELCC have errors in strains vs. internal loading pressures between experimental and theoretical results. But experimental results show good agreements with theoretical results in reyield pressurizing state. The increments of ELCC of compound cylinder manufactured by the MSF process is proved by measuring the residual stresses.
In this paper a method is suggested for the probabilistic analysis of impact buckling failure time of cylinder with random axisymmetric geometric imperfection under axial impact. Failure is assumed as axisymmetric radial deformation exceeds the given criteria for the first time. For the generation of random geometric initial imperfection, random field theory by mean function and autocorrelation function of geometric imperfection is used. Suggested method is useful for the treatment of the randomness of realistic geometric imperfection and can be used for the structural safety analysis of cylinder considering its effect.
In the present investigation, the hydrodynamic characteristics of a vertically floating hollow cylinder in regular waves have been studied. The potential theory for solving the diffraction and radiation problem was employed by assuming that the heave response motion was linear. By using the matched eigenfunction expansion method, the characteristics of the exciting forces, hydrodynamic coefficients, and heave motion responses were investigated with various system parameters such as the radius and draft of a hollow cylinder. In the present analytical model, two resonances are identified: the system resonance of a hollow cylinder and the piston-mode resonance in the confined inner fluid region. The piston resonance mode is especially important in the motion response of a hollow circular cylinder. In many cases, the heave response at the piston resonance mode is large, and its resonant frequency can be predicted using the empirical formula of Fukuda (1977). The present design tool can be applied to analyze the motion response of a spar offshore structure with a moon pool.
Many materials in engineering exhibit different modulus in tension and compression, which are known as bi-modulus materials. Based on the bi-modulus elastic theory, a modified semi-analytical model, by introducing a stress function, is established in this paper to study the mechanical response of a bi-modulus cylinder placed in an axisymmetric temperature field. Meanwhile, a numerical procedure to calculate the temperature stresses in bi-modulus structures is developed. It is proved that the bi-modulus solution can be degenerated to the classical same modulus solution, and is in great accordance with the solutions calculated by the semi-analytical model proposed by Kamiya (1977) and the numerical solutions calculated both by the procedure complied in this paper and by the finite element software ABAQUS, which demonstrates that the semi-analytical model and the numerical procedure are accurate and reliable. The result shows that the modified semi-analytical model simplifies the calculation process and improves the speed of computation. And the numerical procedure simplifies the modeling process and can be extended to study the stress field of bi-modulus structures with complex geometry and boundary conditions. Besides, the necessity to introduce the bi-modulus theory is discussed and some suggestions for the qualitative analysis and the quantitative calculation of such structure are proposed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.10
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pp.1263-1268
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2014
In this study, the variations of swirl center according to evaluating position have been investigated in a steady flow bench of SI engine. For the experiments, two engine heads with different intake valve angles ($11^{\circ}$ and $26^{\circ}$) were tested in the flow bench by varying the evaluating position (1.75~6.0B) and valve lift (2~10 mm). Particle image velocimetry was used to measure the velocity field inside the engine cylinder. The swirl center position is found with a critical point theory and the intensity of turbulence is calculated from PIV velocity data. The results show that the center of swirl is located closer to the center of cylinder and turbulence intensity is lower, when the intake valve angle is the smaller. It is conventional to evaluate the swirl ratio at 1.75B position in the steady flow bench of SI engine. At this position, however, the distance of swirl center from the cylinder center scatters significantly for the variation of valve lift, and the turbulence intensity is much stronger regardless of the valve angle. Thus, to estimate the flow at the end of compression stroke in a real engine from the data in the steady flow experiments, the evaluation position should be moved further downstream more than 4.5B.
The present work is concerned with the study of the influence of inhomogeneous initial stresses in a hollow cylinder containing a compressible inviscid fluid on the propagation of axisymmetric longitudinal waves propagating in this cylinder. The study is carried out using the so-called three-dimensional linearized theory of elastic waves in bodies with initial stresses to describe the motion of the cylinder and using the linearized Euler equations to describe the flow of the compressible inviscid fluid. It is assumed that the inhomogeneous initial stresses in the cylinder are caused by the internal pressure of the fluid. To solve the corresponding eigenvalue problem, the discrete-analytic solution method is applied and the corresponding dispersion equation is obtained, which is solved numerically, after which the corresponding dispersion curves are constructed and analyzed. To obtain these dispersion curves, parameters characterizing the magnitude of the internal pressure, the ratio of the sound velocities in the cylinder material and in the fluid, and the ratio of the material densities of the fluid and the cylinder are introduced. Based on these parameters, the influence of the inhomogeneous initial stresses in the cylinder on the dispersion of the above-mentioned waves in the considered hydro-elastic system is investigated. Moreover, based on these results, appropriate conclusions about this influence are drawn. In particular, it is found that the character of the influence depends on the wavelength. Accordingly, the inhomogeneous initial stresses before (after) a certain value of the wavelength lead to a decrease (increase) of the wave propagation velocity in the zeroth and first modes.
For an analytic investigation on the dynamic behaviour of the eccentric piston and roller in the cylinder of small rotary vane compressors the hydrodynamic lubrication theory is opplied, analogous to the dynamic analysis of a engine bearing. An adequate modification of the equation of journal motion permits stable convergencies of the numeric calculation of the journal orbits. The increase of the outer diameter of the roller and the eccentricity of the piston gives a relative large decrease of the minimum gap between the roller and cylinder.
Characteristics of secondary vortices is topologically investigated in the near-wake region of a circular cylinder where the Taylor hypothesis does not hold. The three-dimensional flow fields in the wake-transition regime were measured by a time-resolved PIV. For the analysis in a moving frame of reference, the convection velocity of the Karman vortices is evaluated from the trajectory of vortex center which is defined as the centroid of the vorticity field. Then, a saddle point is obtained by applying the critical point theory. Science the distributions of fluctuating Reynolds stresses defined by triple-decomposition are closely related with the existence of secondary vortices. the physical meaning of them is explained in conjunction with vortex center and saddle point trajectories. Finally, the temporal evolution of streamwise vortex is also discussed.
The paper studies the dispersion of the axisymmetric longitudinal wave propagating in the "hollow cylinder + surrounding medium" system with inhomogeneous initial stresses caused by the uniformly distributed radial compressional forces acting at infinity. Up to now in the world literature, there exist only a few investigations related to the wave dispersion in a hollow cylinder with inhomogeneous initial stresses. Therefore, this paper is one of the first attempts in this field in the sense of the development of investigations for the case where the cylinder is surrounded with an infinite medium. The three-dimensional linearized theory of elastic waves is used for describing the considered wave propagation problem and, for a solution to the corresponding mathematical problem, the discrete-analytical solution method is developed and employed. The corresponding dispersion equation is obtained and this equation is solved numerically and, as a result of this solution, the dispersion curves are constructed for the first and second modes. By analyzing these curves, the character of the influence of the inhomogeneous initial stresses on the dispersion curves is established. In particular, it is established that as a result of the inhomogeneity of the initial stresses both new dispersion curves and the "band gap" for the wave frequencies can appear.
This paper reports on the elatic-plastic analysis and fracture behavior of cylinder with outer surface crack which is under external or internal pressure. For the studuty of crack length effects in cylinder, ratios of crack lengths to finite thickness (a/t) are dertermined 0.3, 0.4, 0.5. For the study of curvature effects in cylinders, ratios of mean diameter to finite thicknees (Rm/t) are determined 10.0, 15.0, 20.0. Analysis is conduceted using the theory of fracture mechanics and two dimensional finite element solution assuming the axi-symmetrical plane strain conditon. Main results of this study are as follows. 1) It is known from this paper that elastic-plastic strain is initiated near crack tip and enlarged between crack tip and inner side of cylinder. 2) $K_{1}$ of cylinder under external or internal pressure is evaluated memebrane stress .root..pi.* crack length. The results of this study are inclined to Lomacky's results and Kobayshi's result. 3) Distribution of stress near crack tip is looked higher than of other zone, as crack length of equal model is longer, and as diameter of cylinder is longer. 4) When other conditions are equal, displacemenet near crack tip is looked duller, as length is longer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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