The injector housing has two functions, namely, positioning the injector and protecting it from coolant. The conventional manufacturing process of the injector housing by machining has some drawbacks such as considerable loss of material and environmental pollution caused by excessive use of cutting oil. In this paper, precision cold forging is proposed as a new manufacturing process in order to improve these issues. A numerical study was conducted to compute the metal flow, strain, load and other process variables using DEFORM-2D, a finite element analysis(FEA) code for metal forming. Two process methods were investigated and optimal conditions were computed with the FEA code. A prototype was manufactured from the optimal process method and the metal flow and hardness were obtained from the prototype.
Ceramic ferrules which are major parts of the fiber optic connectors are requiring high precisions in grinding. After grinding, it is the problem that subsurface damages cannot be removed. The objective of this study was to analyze the grinding force and the associated stress generated in a ceramic ferrule during cylindrically external griding using finite element analysis(FEA). A two-dimensional finite element model was constructed with the grinding parameters and the mechanical properties of the ferrule as input variables. The size of the geometric model was the same with ceramic ferrule. The experimental results are investigated by SEM photograph and compared with the results from FEM. The result of FEA showed a good agreement with that of experiment.
This paper deals with analytical solution concerning the image method using the magnetic charge instead of 3D FEA(finite element analysis) in the slotless single air-gap motor. The theory of analytical method and the design procedures are introduced. The reliability and validity of proposed analytical solution are verified through the comparison with the results of commercial 3D FE software. In addition, calculation time between proposed analytical solution and 3D FEA is compared. Finally, characteristics, such as Back-EMF and phase resistance, between calculated and experimental results are compared. From the verification with 3D FEA and experimental results, it is proved that presented analytical method provided very effective and precise results.
The problem of layup optimization of the composite laminates involves a very complex multidimensional solution space which is usually non-exhaustively explored using different heuristic computational methods such as genetic algorithms (GA). To ensure the convergence to the global optimum of the applied heuristic during the optimization process it is necessary to evaluate a lot of layup configurations. As a consequence the analysis of an individual layup configuration should be fast enough to maintain the convergence time range to an acceptable level. On the other hand the mechanical behavior analysis of composite laminates for any geometry and boundary condition is very convoluted and is performed by computational expensive numerical tools such as finite element analysis (FEA). In this respect some studies propose very fast FEA models used in layup optimization. However, the lower bound of the execution time of FEA models is determined by the global linear system solving which in some complex applications can be unacceptable. Moreover, in some situation it may be highly preferred to decrease the optimization time with the cost of a small reduction in the analysis accuracy. In this paper we explore some machine learning techniques in order to estimate the failure of a layup configuration. The estimated response can be qualitative (the configuration fails or not) or quantitative (the value of the failure factor). The procedure consists of generating a population of random observations (configurations) spread across solution space and evaluating using a FEA model. The machine learning method is then trained using this population and the trained model is then used to estimate failure in the optimization process. The results obtained are very promising as illustrated with an example where the misclassification rate of the qualitative response is smaller than 2%.
In this study, the optimal driving frequency was derived through finite element analysis (FEA) to optimize the developed piezoelectric ultrasonic medical devices(PUMD) for bone surgery. The core of the PUMD is the piezoelectric ceramic (PZT), which is a vibrator that generates vibration energy. The piezoelectric ceramic shows the maximum current value with respect to the input voltage at the resonance frequency, which generates the maximum mechanical vibration. In the past, various studies have been conducted related to the analysis of PUMD, but most of the research so far has been limited to free vibration analysis. However, in order to derive the accurate resonant frequency, the initial stress generated by bolt tightening in the bolt-clamped Langevin type transducer (BLT) must be considered. In this study, after designing a PUMD, the driving performance according to the bolt tightening value was analyzed through FEA, and this was experimentally verified. First, the resonance mode and frequency response were confirmed through modal and harmonic analysis at 20-40 kHz, which is known as the optimal driving frequency band of PUMD for bone surgery. In addition, the design of the PUMD was confirmed by checking the mechanical behavior of the tip and the piezoelectric ceramic at the resonant frequency. Consequentially, the characteristic evaluation was performed, and it was confirmed that the resonant frequency result derived through the FEA was reasonable. Through this study, we presented a more rational FEA method than before for BLT transducers. We expect that this will shorten the time and cost of developing a PUMD, and will enable the development of more stable and high-quality products.
In this study, PC-based FEA system (Micro-STANS) running on the 16 bit microcomputer is developed. This system has powerful pre & post processing function using computer graphics, and is interfaced to AutoCAD system which is most popular PC-CAD system, making it possible to accomplish the concept of real integration between design and analysis. This system which has truss , beam plate & shell elements in the element library, can perform linear static analysis.
The laminate IPMC actuator have been developed with a commercial Nafion film and platinum electrodes. Equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. By using a beam equation with estimated physical properities and actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator are estimated. And Finite element analysis(FEA) was done by ANSYS.
Micromachines are extremely novel artifacts with a variety of special characteristics. Utilizing their tiny dimensions ranging roughly from 10 to $10^3$ micro-meters, the micromachines can perform tasks in a revolutionary manner that would be impossible for conventional artifacts. Micromachines are in general related to various coupled physical phenomena. They are required to be evaluated and designed considering the coupled phenomena. This paper describes finite element analysis (FEA) simulation of practical behaviors for the micro actuator. Especially, electric field modeling in micro actuators has been generally restricted to in-plane two-dimensional finite element analysis because of the complexity of the micro actuator geometry. However, in this paper, the actual three-dimensional geometry of the micro actuator is considered. The starting torque obtained from the in-plane two-dimensional analytical solutions were compared with that of the actual three-dimensional FE analysis results. The starting torque is proportional to $V^2$, and that the two-dimensional analytical solutions are larger than the three- dimensional FE ones. It is found that the evaluation of micro actuator has to be considered electrical leakage phenomenon.
This paper describes analysis and experimental characterization of low speed direct drive fractional slot concentrated winding (FSCW) surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM) with consequent pole (CP) rotor, for which studies have been recently performed. The proposed motor, which consists of 30 poles and 36 slots, is analyzed and characterized by extensive 2D finite element analysis (FEA) and together with 3D FEA for an appropriate PM overhang length design. The validity of the analysis is confirmed by the corresponding experiments which fully characterize the proposed motor with excellent agreement between the FEA and the experiments. Thermal stability is also experimentally examined to determine continuous operating points and instantaneous operating points of the proposed motor. It is highly expected that the proposed motor is applicable for low speed direct drive applications.
This paper describes the finite element analysis(FEA) for the design of electromagnet for Control Element Drive Mechanism(CEDM) in System-integrated Modular Advanced Reactor(SMART) and compared with the lifting power characteristics of prototype electromagnet. A thermal analysis was performed for the electromagnet. A model for the thermal analysis of the electromagnet was developed and theoretical bases for the model were established. It is important that the temperature of the electromagnet windings be maintained within the allowable limit of the insulation. since the electromagnet of CEDM is always supplied with current during the reactor operation. So the thermal analysis of the winding insulation which is composed of polyimide and air were performed by finite element method. As a result, it is shown that the characteristics of prototype electromagnet have a good agreement with the results of FEA. The thermal properties obtained here will be used as input for the optimization analysis of the electromagnet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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