Yaylaci, Ecren Uzun;Oner, Erdal;Yaylaci, Murat;Ozdemir, Mehmet Emin;Abushattal, Ahmad;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.1
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pp.35-48
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2022
This paper investigates the artificial neural network (ANN) to predict the dimensionless parameters for contact pressures and contact lengths under the rigid punch, the initial separation loads, and the initial separation distances of a contact problem. The problem consisted of two elastic infinitely layers (EL) loaded by means of a rigid cylindrical punch and resting on a half-infinite plane (HP). Firstly, the problem was formulated and solved theoretically using the Theory of Elasticity (ET). Secondly, the contact problem was extended based on the ANN. External load, the radius of punch, layer heights, and material properties were created by giving examples of different values used at the training and test stages of ANN. Finally, the accuracy of the trained neural networks for the case was tested using 134 new data, generated via ET solutions to determine the best network model. ANN results were compared with ET results, and well agreements were achieved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1217-1224
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2009
This paper presents a finite element (FE) analysis of the torsional rigidity of a two-stage cycloid drive. The cycloid disk makes contact with a number of pin-rollers simultaneously and eccentric shafts transmit not only torque of the spur gear stage to the cycloid disk, but also that of the cycloid disk to the output disk. Contacts between the disk and pin-rollers are simplified as linear spring elements, and the bearing of eccentric shaft is modeled as a rigid ring that has frictional contact to the disk and an elastic support. FE analysis for an ideal solid cycloid drive was performed and verified by a theoretical calculation. Accurate contact forces were then estimated by iterating between FE analysis for contact forces and Hertz theory calculations for nonlinear contact stiffness. In addition, torsional rigidity of the cycloid drive is analyzed to show that the bearing and nonlinear Hertz contact theory should be considered in analysis and design of a cycloid drive, which was verified with experiments. Finally, the effects of contact stiffness, bearing stiffness and cycloid disk structural stiffness according to the cycloid disk rotation on the torsional rigidity were investigated.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.331-340
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2001
Elastic-Plasitc Finite element analysis is peformed about the TiN coated medium. The normal contact is simulated by a rigid asperity pressing the surface of an elastic-plastic half-surface. The case of a surface film stiffer than the substrate is considered, and general solutions for the subsurface stress and deformation fields are presented for several coating thickness. Additionally, the critical normal loads for deformation in the substrate and coating fracture are calculated when the yield of TiN film follows the Maximum Principal Stress Theory and Von Mises Theory. The results can be subsumed in failure maps for TiN thin film on steel.
The objective of this study is to model and simulate the nonlinear lubrication performance of the sliding part between the piston and cylinder wall in a hydrostatic swash-plate-type axial piston pump. A numerical algorithm is developed that facilitates simultaneous calculation of the rotating body motion and fluid film pressure to observe the fluid film geometry and power loss. It is assumed that solid asperity contact, so-called mixed lubrication in this study, invariably occurs in the swash-plate-type axial piston pump, which produces a higher lateral moment on the pistons than other types of hydrostatic machines. Two comparative mixed lubrication models, rigid and elastic, are used to determine the reaction force and sliding friction. The rigid model does not allow any elastic deformation in the partial lubrication area. The patch shapes, reactive forces, and virtual local elastic deformation in the partial lubrication area are obtained in the elastic contact model using a simple Hertz contact theory. The calculation results show that a higher reaction force and friction loss are obtained in the rigid model, indicating that solid deformation is a significant factor on the lubrication characteristics of the reciprocating piston part.
Postbuckling of thick plates made of functionally graded material (FGM) subjected to in-plane compressive, thermal and thermomechanical loads is investigated in this work. It is assumed that the plate is in contact with a Pasternak-type elastic foundation during deformation. Thermomechanical non-homogeneous properties are considered to be temperature independent, and graded smoothly by the distribution of power law across the thickness in the thickness in terms of the volume fractions of constituents. By employing the higher order shear deformation plate theory together the non-linear von-Karman strain-displacement relations, the equilibrium and compatibility equations of imperfect FGM plates are derived. The Galerkin technique is used to determine the buckling loads and postbuckling equilibrium paths for simply supported plates. Numerical examples are presented to show the influences of power law index, foundation stiffness and imperfection on the buckling and postbuckling loading capacity of the plates.
Wrinkling is one of the major defects in sheet metal products and may be also attributable to the wear of the tool. The initiation and growth of wrinkles are influenced by many factors such as stress state, mechanical properties of the sheet material, geometry of the body, and contact condition. It is difficult to analyze the wrinkling initiation and growth considering the factors because the effects of the factors are very complex and the wrinkling behavior may show a wide variation for small deviations of the factors. In this study, the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of wrinkling initiation and growth. All the above mentioned factors are conveniently considered by the finite element method. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic elements considering the planar anisotropy of the sheet metal. The proposed method is verified by employing a column buckling problem. And then, the initiation and growth of wrinkling in deep drawing of cylindrical cup are analyzed.
Karabulut, Pembe Merve;Adiyaman, Gokhan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.505-513
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2017
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on a half plane is considered. The layer is pressed by two rectangular stamps placed symmetrically. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces is neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which half contact length and contact pressures are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact length and the contact pressures are calculated under various stamp size, stamp position and material properties using both solutions. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
In this paper, buckling characteristics of nonhomogeneous functionally graded (FG) nanobeams embedded on elastic foundations are investigated based on third order shear deformation (Reddy) without using shear correction factors. Third-order shear deformation beam theory accounts for shear deformation effects by a parabolic variation of all displacements through the thickness, and verifies the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the FG nanobeam. A two parameters elastic foundation including the linear Winkler springs along with the Pasternak shear layer is in contact with beam in deformation, which acts in tension as well as in compression. The material properties of FG nanobeam are supposed to vary gradually along the thickness and are estimated through the power-law and Mori-Tanaka models. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. Nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. Comparison between results of the present work and those available in literature shows the accuracy of this method. The obtained results are presented for the buckling analysis of the FG nanobeams such as the effects of foundation parameters, gradient index, nonlocal parameter and slenderness ratio in detail.
The electrical contact resistance is here estimated using the multiscale microcontact distribution of elastic contact between rough surfaces, simulated from the Archard's model, and the electrical contact conduction theory suggested by Greenwood. These analysis confirms that the electrical contact resistance is converged to a values, larger than would be obtained if the contact spots were widely separated and hence independent. In multiscale process, the base potential is close to the value of the potential difference between the contact surface and the extremity of body, suggesting a possibility to obtain the multiscale electrical contact resistance relations.
Yaylaci, Murat;Yayli, Mujgen;Yaylaci, Ecren Uzun;Olmez, Hasan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.5
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pp.585-597
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2021
This paper presents a comparative study of analytical method, finite element method (FEM) and Multilayer Perceptron (MLP) for analysis of a contact problem. The problem consists of a functionally graded (FG) layer resting on a half plane and pressed with distributed load from the top. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. The problem is reduced a system of integral equation in which the contact pressure are unknown functions. The numerical solution of the integral equation was carried out with Gauss-Jacobi integration formulation. Secondly, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two-dimensional analysis of the problem is carried out. The results show that contact areas and the contact stresses obtained from FEM provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Thirdly, the contact problem has been extended based on the MLP. The MLP with three-layer was used to calculate the contact distances. Material properties and loading states were created by giving examples of different values were used at the training and test stages of MLP. Program code was rewritten in C++. As a result, average deviation values such as 0.375 and 1.465 was obtained for FEM and MLP respectively. The contact areas and contact stresses obtained from FEM and MLP are very close to results obtained from analytical method. Finally, this study provides evidence that there is a good agreement between three methods and the stiffness parameters has an important effect on the contact stresses and contact areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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