Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.5
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pp.132-139
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2008
To meet demand of big capacity and high speed rotation for washing machine, more stress from bending and twisting are complexly loaded onto the shaft supporting the horizontal drum, causing problems in fracture strength and fatigue life. Also, Vibration occurs due to the frequency of the rotating parts. But, shaft has various design factors such as diameter and distance between bearings according to configuration of shaft, the optimal values can't be easily determined. Using a design of experiment (DOE) based on the FEM (Finite Element Method), which has several advantages such as less computing, high accuracy performance and usefulness, this study was performed investigating the interaction effect between the various design factor as well as the main effect of the each design factor under bending, twist and vibration and proposed optimum design using center composition method among response surface derived from regression equation of simulation-based DOE.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.4
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pp.14-20
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2006
Recently, the on-off solenoid valves have been focused on core technology in the fields of the production line of semi-conductor chips and the micro fluid chips for bio-medical applications. A key characteristics for on-off solenoid valve, operated by compressed air, are high speed response and great repeatability. Indeed, it is also important to keep the pressure on the cross-sectional area of the poppet to be constant regardless of the fluctuation of the pressure exerted on the ports. In this study, we have designed and analysed the high-speed and high flow rate on-off solenoid valve using the analogy of equivalent magnetic circuit and Finite Element Method (FEM) respectively. In case of poppet, flow field characteristics was analyzed by the variation of poppet and it was able to display flow field by changing the location of the poppet. Also, we verified possibility of the design through the static and dynamic pressure and the 3D simulation using distribution curve of the force by working the front poppet.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.343-353
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2020
Based on the Precise Transfer Matrix Method (PTMM), the dynamic model is constructed to observe the vibration behaviour of cylindrical shells with variable thickness by solving a set of first-order differential equations. The free vibration of stiffened cylindrical shells with variable thickness can be obtained to compare with the exact solution and FEM results. The reliability of the present method of free vibration is well proved. Furthermore, the effect of thickness on the vibration responses of the cylindrical shell is also discussed. The acoustic response of immersed cylindrical shells is analyzed by a Pluralized Wave Superposition Method (PWSM). The sound pressure coefficient can be gained by collocating points along the meridian line to satisfy the Neumann boundary condition. The mode convergence analysis of the cylindrical shell is carried out to guarantee calculation precision. Also, the reliability of the present method on sound radiation is verified by comparing with experimental results and numerical results.
In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.5
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pp.461-466
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2015
Atomic force microscopy (AFM) is powerful tool for determining properties of samples based on interactions between the sample surface and an approaching probe tip. In this study, we modeled the interactions between the sample and the tip of the AFM microcantilever as a single nonlinear spring with an equivalent stiffness element and simulated the dynamic behaviors of the AFM microcantilevers using the finite element method (FEM) and ANSYS software. With the simulation results, we analyzed the complex dynamic responses of the AFM cantilever using proper orthogonal decomposition (POD). In addition, we compared the simulation and experimental results using the same method. Consequently, we suggest an effective method to express the interaction between the tip and sample, and we confirm that the influence of the higher order model due to the interaction between the tip and sample is increased.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.660-665
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2006
This paper presents a finite element method to analyze the free and forced vibration of a hard disk drive (HDD) considering the flexibility of a spinning disk-spindle with fluid dynamic bearings (FDBs), an actuator with pivot bearings, an air bearing between head-disk interface and the base with complicated geometry. Finite element equation of each component is consistently derived with the satisfaction of the geometric compatibility of the internal boundary between each component. The spinning disk, hub and FDBs are modeled by annular sector elements, beam elements and stiffness and damping elements, respectively. The actuator am, E-block, suspension and base plate are modeled by tetrahedral elements. The pivot bearing in the actuator and the air bearing between head-disk interfaces are modeled by the stiffness element with five degrees of freedom and the axial stiffness, respectively. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem with the restarted Arnoldi iteration method. Modal and shock testing are performed to show that the proposed method well predicts the vibration characteristics of a HDD.
In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.10
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pp.712-719
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2019
This paper explores an implementation of finite element analysis and experiment in the design process of a tape spring hinge used for various CubeSat missions. Tape spring hinges consist of short-length hardened-steel strips with one-sided curvature, and thus the behavior is subject to large deformation with unpredicted non-linearity. Precise dimensions of a commercial tape spring are traced by the use of high-resolution digital camera, and thin-shell FEM analysis is conducted using ABAQUS program. Based on the rotation-moment analysis suggested in previous studies, parametric analysis is conducted by adjusting the contributing factors such as strip thickness and the subtended angle of the cross section. Finally the behaviors are investigated by both analytical and non-linear finite element methods, and the results are compared with the simple measurements. Further studies suggest a possible application in dynamic characteristics of hinges during CubeSat operations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.5
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pp.388-399
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2016
A motion analysis of an underwater towed cable is a complex task due to its nonlinear nature of the problem. The major source of the nonlinearity of the underwater cable analysis is that the motion of the cable involves large rigid-body motion. This large rigid-body motion makes difficult to use standard displacement-based finite element method. In this paper, the authors apply recently developed nodal position-based finite element method which can deal with the geometric nonlinearity due to the large rigid-body motion. In order to enhance the stability of the large-scale nonlinear cable motion simulation, an efficient time-integration scheme is proposed, namely predictor/multi-corrector Newmark scheme. Three different predictors are introduced, and the best predictor in terms of stability and robustness for impulsive cable motion analysis is proposed. As a result, the nonlinear motion of underwater cable is predicted in a very efficient manner compared to the classical finite element of finite difference methods. The efficacy of the method is demonstrated with several test cases, involving static and dynamic motion of a single cable element, and also under water towed cable composed of multiple cable elements.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.8
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pp.938-945
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2005
The microstructure evolution in hot forging process is composed of dynamic recrystallization during deformation as well as grain growth during dwell time. Therefore, the control of forging parameters such as strain, strain rate. temperature and holding time is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. Modeling equations are developed to represent the flow curve. grain size. recrystallized volume fraction and grain growth phenomena by various tests. The developed modeling equations were combined with thermo-viscoplastic finite element modeling to predict the microstructure change evolution during hot forging process. The large exhaust valve spindle (head diameter of 512mm) was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to each 1080 and 1150$^{\circ}C$. Numerical calculation was performed by DEFORM-2D. a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. In order to obtain the fine and homogeneous microstructure and good mechanical properties in forging. the FEM would become a useful tool in the simulation of the microstructure development. In forging, appropriate temperature, strain and strain rate and rapid cooling are required to obtain the fine grain microstructure The optimal forging temperature and effective strain range of Nimonic 80A for large exhaust valve spindle are about 1080$\∼$l120$^{\circ}C$ and 150$\∼$200$\%$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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