Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.3
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pp.380-387
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2013
In this study, two finite element (FE) models were developed to evaluate the thermal characteristics of a feeding axis of a CNC lathe. One was used for analysis of heat transfer to identify the temperature distribution of the feeding axis and then, the other was used for analysis of thermal deformation to evaluate its structural behavior based on the temperature distribution. The FE models were based on the test standard for the axial thermal displacement. The feeding velocity was composed of three steps: the ascending, constant, and descending velocities. Therefore, the heat generation and convection coefficient were calculated for each velocity and applied to the thermal FE model. The convection coefficient for the ball screw rotation was based on an experimental equation. The result of the analytical thermal displacement was compared with that of the experimental displacement to verify the finite element models.
Meshfree methods are known to have the capability to overcome the strict regularization requirements and numerical instabilities that encumber the finite element method (FEM) in large deformation problems. They are also more naturally suited for problems involving material perforation and fragmentation. To take advantage of the high efficiency of FEM and high accuracy of meshfree methods, a coupled finite element (FE) and reproducing kernel (RK, one of the meshfree approximations) formulation is described in this paper. The coupling of FE and RK approximation is implemented in an evolutionary fashion, where the extent and location of the evolution is dependent on a triggering criteria provided by the material constitutive laws. To enhance computational efficiency, Gauss quadrature is applied to integrate both FE and RK domains so that no state variable transfer is required when mesh conversion is performed. To control the hourglassing that might occur with 1-point integrated hexahedral grids, viscous type hourglass control is implemented. Meanwhile, the FEM version of the K&C concrete (KCC) model was modified to make it applicable in both FE and RK formulations. Results using this code and the KCC model are shown for the modeling of concrete responses under quasi-static, blast and impact loadings. These analyses demonstrate that fragmentation phenomena of the sort commonly observed under blast and impact loadings of concrete structures was able to be realistically captured by the coupled formulation.
A $C^0$ FE model developed based on an efficient higher order zigzag theory is used for hygrothermal analysis of laminated composite plates. The $C^0$ FE model satisfies the inter-laminar shear stress continuity at the interfaces and zero transverse shear stress conditions at plate top and bottom. In this model the first derivatives of transverse displacement have been treated as independent variables to circumvent the problem of $C^1$ continuity associated with the above plate theory. In the present theory the above mentioned $C^0$ continuity of the present element is compensated in the stiffness matrix formulation by using penalty parameter approach. In order to avoid stress oscillations observed in the displacement based finite element, the stress field derived from temperature/moisture fields (initial strains) must be consistent with total strain field. Special steps are introduced by field consistent approach (e.g., sampling at gauss points) to compensate this problem. A nine noded $C^0$ continuous isoparametric element is used in the proposed FE model. Comparison of present numerical results with other existing solutions shows that the proposed FE model is efficient, accurate and free of locking.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.6
s.237
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pp.913-920
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2005
Compared to previous in-vitro test, FE model showed reliable motion patterns. A finite element model of a 50th percentile male neck was developed to study the mechanics of whiplash injury while the rear impacts. The model was consisted of the whole cervical vertebrae including part of occipital, intervertebral discs. which were modeled using linear viscoelastic materials and posterior elements. The sliding interfaces were defined to simulate contact phenomena in facet joints and in odontoid process. All ligaments and atlanto-occipital membrane were modeled as nonlinear bar elements. Only muscle elements were not considered. Motion of each cervical vertebra was obtained from the dynamic simulation with a MADYMO model for 15 km/h $40\%$ rear end offset impacts. Soft tissue neck injury(STNI) was investigated with a developed FE model. In FE model analysis, the high stress was appeared at C3/C4 disc in offset impact. Further research is still needed in order to improve the developed neck FE model for many different crash patterns.
A finite element method was used to simulate the wave propagation of laser-generated ultrasound and its interaction with surface breaking cracks in an elastic material. Thermoelastic laser line source on the material surface was approximated as a shear dipole and loaded as nodal forces in the plane-strain finite element (FE) model. The shear dipole- FE model was tested for the generation of ultrasound on the surface with no defect. The model was found to generate the Rayleigh surface wave. The model was then extended to examine the interaction of laser generated ultrasound with surface-breaking cracks of various depths. The crack-scattered waves were monitored to size the crack depth. The proposed model clearly reproduced the experimentally observed features that can be used to characterize the presence of surface-breaking cracks.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.11
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pp.6406-6411
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2014
This paper presents the analytical-FE (finite element) squeal model, which can provide the efficient simulation time and accuracy. The system geometry and the extraction of the vibration modes were constructed using the finite element method. Instead, the friction contact model was derived from theoretical contact kinematics of the rotating disc and the stationary pads. This modeling procedure was incorporated into the perturbed equations of motion based on the finite elements of the system. Throughout the analytical-FE squeal model, the accuracy of linear stability analysis and the simulation time of FE squeal analysis were improved. In addition, the sensitivity of contact stiffness on brake squeal and the mode-coupling mechanism were provided by the system parameter study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1555-1561
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2003
Finite element analysis using modern constitutive equation is one of the most general tools to simulate the deformation behavior and to predict the life of the structure. Constitutive equation becomes complicated so as to predict the material behavior more accurately than the classical models. Because of the complexity of constitutive model, numerical treatment becomes so difficult that the calculation should be verified carefully. One-element tests, simple tension or simple shear, are usually used to verify the accuracy of finite element analysis using complicated constitutive model. Since this test is mainly focused on the time integration scheme, it is also necessary to verify the equilibrium iteration using material stiffness matrix and to compare FE results with solution of structures. In this investigation, viscoplastic solution of thick walled cylinder was derived considering axial constraints and was compared with the finite element analysis. All the numerical solutions showed a good coincidence with FE results. This numerical solution can be used as a verification tool for newly developed FE code with complicated constitutive model.
This paper examines the blood chamber of a left ventricular assist device (LVAD) under static loading conditions and standard operating temperatures. The LVAD's walls are made of a temperature-sensitive polymer (ChronoFlex C 55D) and are covered with a titanium nitride (TiN) nano-coating (deposited by laser ablation) to improve their haemocompatibility. A loss of cohesion may be observed near the coating-substrate boundary. Therefore, a micro-scale stress-strain analysis of the multilayered blood chamber was conducted with FE (finite element) code. The multi-scale model included a macro-model of the LVAD's blood chamber and a micro-model of the TiN coating. The theories of non-linear elasticity and elasto-plasticity were applied. The formulated problems were solved with a finite element method. The micro-scale problem was solved for a representative volume element (RVE). This micro-model accounted for the residual stress, a material model of the TiN coating, the stress results under loading pressures, the thickness of the TiN coating and the wave parameters of the TiN surface. The numerical results (displacements and strains) were experimentally validated using digital image correlation (DIC) during static blood pressure deformations. The maximum strain and stress were determined at static pressure steps in a macro-scale FE simulation. The strain and stress were also computed at the same loading conditions in a micro-scale FE simulation.
This paper presents a numerical study on structural behavior of hammer head pier cap beams, extended on verges and reinforced with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates. A 3-D finite element (FE) model along with a simplified analytical model are presented. Concrete damage plasticity (CDP) was adapted in the FE model and an analytical approach predicting the CFRP anchor strength was adapted in both FE and analytical model. Total five quarter-scaled pier cap beams with various CFRP reinforcing schemes were experimentally tested and analyzed with numerical approaches. Comparison between experimental results, FE results, analytical results and current ACI guideline predictions was presented. The FE results showed good agreement with experimental results in terms of failure mode, ultimate capacity, load-displacement response and strain distribution. In addition, the proposed strut-and-tie based analytical model provides the most accurate prediction of ultimate strength of extended cap beams among the three numerical approaches.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2000.04a
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pp.52-55
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2000
Investigated via a series of finite element process simulation is the effect of diverse process variables on some selected non-dimensional parameters characterizing the strip in hot strip rolling. Then on the basis of these parameters an on-line model is derived for the precise prediction of roll and roll power. The prediction accuracy of the proposed model is examined through comparison with predictions from a finite element process model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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