Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제37권7호
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pp.857-864
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2013
A laser machining process has been applied in many manufacturing fields and it provides an excellent energy control for treating materials. However, a heat effect during laser machining can deteriorate material properties. Specifically, a thermally induced stress can be a problem in laser-machined structures on a metal surface. In this study, temperature and stress on cold-rolled carbon steel sheet machined with laser hole drilling were explored in an experimental approach and a numerical method. Stresses by temperature gradients inside the materials were generated in fast cooling. The stresses were measured by using a hole-drilling method and the material properties of carbon steel (SCP1-S) were obtained in the experiment. It was found that the stress predicted from the numerical analysis was in agreement with the stresses measured by using the hole-drilling method. The analysis can be applied for evaluating structure characteristics machined with a laser.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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제18권4호
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pp.113-121
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2013
In this paper, simulations were carried out to determine the efficiency of the rotation efficiency according to the draft of waterwheel in open rectangular channel. In the small hydroelectric generators to get the highest efficiency of waterwheel is very important. But the presence of various elements(free water surface flow, non-uniform velocity distribution because of the waterways wall friction etc) makes it difficult to create a mathematical formula. In this paper, we made a scale model and perform a physical simulation where the draft, gradient and flux is variable. Scale modelling with 10-step draft, 3-step gradients and 2-step flux, as well were constructed then computerized automatic experimental system were configured to acquire the rotational efficiency vs. draft of itself. Rotational efficiency is analyzed as for the draft of waterwheel using the acquired data by varying the gradient and flux of canal. Reviewing the analyzed data, it is confirmed that phenomena of efficiency shown at previous and present experiment is similar and revealed that computerized system shows more sophisticated numerical figures.
This paper focuses on a systematic configuration of steam reforming fuel processor, particularly designed for small and medium sized hydrogen production application. In a typical integration of the fuel processor, there exist significant temperature gradients over the entire system which has negative effect on both catalyst life-time and system performance. Also, the volumetric inefficiency should be avoided to obtain the possible compactness for the commercial purpose. In the present work, the computational analysis will be performed to gain the fundamental insight on the transport phenomena and chemical reactions in the reformer consisting of preheating, steam reforming (SR), and water gas shift (WGS) reaction beds in the flow direction. Also, the fuel processing system includes a top-fired burner providing necessary thermal energy for endothermic catalytic reactor. A fully two-dimensional numerical modeling for a integrated fuel processing system is introduced for in-depth analysis of the heat and mass transport phenomena based on surface kinetics and catalytic process. In the model, water gas shift reaction and decomposition reaction were assumed to be at equilibrium. A kinetic model was developed and then computational results were compared with the experimental data available in the literature. Finally, the case study was done by considering the key parameters, i.e. steam to carbon (S/C) ratio and temperature. The computer-aided models developed in this study can be greatly utilized for the design of advanced fast-paced compact fuel processors research.
Kim, Woo-Gon;Jang, Jin-Sung;Kuk, Il-Hiun;Joo, Jin-Won;Kim, Sung-Chung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제22권1호
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pp.238-246
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1998
Surface residual stresses as well as wall thickness and ovality changes after U-bending process on UNS N06690 row-1 heat exchanger tubes, were estimated. Surface residual stresses were measured by Hole Drilling Method(HDM), calculating the stresses from relieved strains of 3 rosette strain gages. After bending of the tubes, dimensional tolerances for wall thickness and ovality were satisfied with ASTM requirements. Residual stresses at the extrados were introduced with compressive stress(-) by bending operations, and its maximum value reached-319 MPa in axial direction at ${\phi}=0^{\circ}$ in position. Tensile residual stresses(+) of ${\sigma}_zz=45$ MPa,${\sigma}_zz=25$ MPa were introduced in the intrados surface at position of ${\phi}=0^{\circ}$ Maximum tensile residual stress of 170 MPa was detected on the flank side at position of ,${\phi}=95^{\circ}$i.e., at apex region. It appeared that higher stress gradients were generated at the irregular transition regions. In the trend of residual stress changes with U-bend position, the extrados is related with the changes of ovality and the intrados is related with the changes of wall thickness.
Background: This study was conducted to evaluate the hemodynamic performance and the incidence of prosthesis-patient mismatch (PPM) after aortic valve replacement (AVR) using bovine pericardial valves (Carpentier-Edwards Perimount Magana and Magna Ease). Methods: In total, 216 patients (mean age, 70.0±10.5 years) who underwent AVR using stented bovine pericardial valves and had follow-up echocardiography between 3 months and 2 years (mean, 12.0±6.6 months) after surgery were enrolled. The implanted valve sizes were 19, 21, 23, and 25 mm in 32, 56, 99, and 29 patients, respectively. Results: On follow-up echocardiography, the mean transvalvular pressure gradients for the 19-mm, 21-mm, 23-mm, and 25-mm valves were 13.3±4.4, 12.6±4.2, 10.5±3.9, and 10.2±3.7 mm Hg, respectively. The effective orifice area (EOA) was 1.25±0.26, 1.54±0.31, 1.81±0.41, and 1.87±0.33 ㎠, respectively. These values were smaller than those suggested by the manufacturer for the corresponding sizes. No patients had PPM, when based on the reference EOA. However, moderate (EOA index ≤0.85 ㎠/㎡) and severe (EOA index ≤0.65 ㎠/㎡) PPM was present in 56 patients (11.8%) and 9 patients (1.9%), respectively, when using the measured values. Conclusion: Carpentier-Edwards Perimount Magna and Magna Ease bovine pericardial valves showed satisfactory hemodynamic performance with low rates of PPM, although the reference EOA could overestimate the true EOA for individual patients.
In this study, an experiment with large-scale model was performed according to raising embankment in order to investigate the behaviour of failure due to overtopping. The pore water pressure, earth pressure and settlement by high water level, a rapid drawdown and overtopping were compared and analyzed. Also, seepage analysis and slope stability analysis were performed for steady state and transient conditions. The pore water pressure and earth pressure for inclined core type showed high value at the base of the core, but they showed no infiltration by leakage. The pore water pressure and earth pressure by overtopping increased at the upstream slope and core, it is considered a useful data that can accurately estimate the possibility of failure of the reservoir. The behavior of failure due to overtopping was gradually enlarged towards the downstream slope from reservoir crest, and the inclined core after the raising embankment was influenced significantly to prevent the reservoir failure. The pore water pressure distribution for steady state and transient condition showed positive (+) pore water pressure on the upstream slope, it was gradually changed negative (-) pore water pressure on the downstream slope. The pore water pressure by overtopping showed a larger than the high water level at the downstream slope, it was likely to be the piping phenomenon because the hydraulic gradients showed largely at the inclined core and reservoir crest. The safety factor showed high at the steady state, and transient conditions did not show differences depending on the rapid drawdown.
As a new type of ballastless track, longitudinal continuous slab track (CST) has been widely used in China. It can partly isolate the interaction between the ballastless track and the bridge and thus the rail expansion device would be unnecessary. Compared with the traditional track, CST is composed of multi layers of continuous structures and various connecting components. In order to investigate the performance of CST on a long-span bridge, the spatial finite element model considering each layer of the CST structure, connecting components, bridge, and subgrade is established and verified according to the theory of beam-rail interaction. The nonlinear resistance of materials between multilayer track structures is measured by experiments, while the temperature gradients of the bridge and CST are based on the long-term measured data. This study compares the force distribution rules of ballasted track and CST as respectively applied to a long span bridge. The effects of different damage conditions on CST structures are also discussed. The results show that the additional rail stress is small and the CST structure has a high safety factor under the measured temperature load. The rail expansion device can be cancelled when CST is adopted on the long span bridge. Beam end rotation caused by temperature gradient and vertical load will have a significant effect on the rail stress of CST. The additional flexure stress should be considered with the additional expansion stress simultaneously when the rail stress of CST requires to be checked. Both the maximum sliding friction coefficient of sliding layer and cracking condition of concrete plate should be considered to decide the arrangement of connecting components and the ultimate expansion span of the bridge when adopting CST.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제39권4호
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pp.335-341
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2015
In this study, we analyzed a two-dimensional Stokes flow through a microchannel containing projections with constant spacing attached to each wall. The projections on the top and bottom walls were semi-circular in shape, with in-phase locations. By considering the periodicity and symmetry of the flow, the eigenfunction expansion and least squared error method were applied to determine the stream function and pressure distribution. For some typical radius and spacing values, the streamline patterns and pressure distributions in the flow field are shown, and the shear stress distributions on the boundary walls are plotted. In addition, the average pressure gradients in the microchannel are also calculated and shown with the radius and spacing of the projections. In particular, the results for the case of extremely small gaps between the projections on the top and bottom walls are in good agreement with the lubrication results.
Qu, Xiushu;Chen, Zhihua;Nethercot, David A.;Gardner, Leroy;Theofanous, Marios
Steel and Composite Structures
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제19권1호
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pp.21-41
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2015
Push-out tests have been conducted on 18 rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns with the aim of studying the bond behaviour between the steel tube and the concrete infill. The obtained load-slip response and the distribution of the interface bond stress along the member length and around the cross-section for various load levels, as derived from measured axial strain gradients in the steel tube, are reported. Concrete compressive strength, interface length, cross-sectional dimensions and different interface conditions were varied to assess their effect on the ultimate bond stress. The test results indicate that lubricating the steel-concrete interface always had a significant adverse effect on the interface bond strength. Among the other variables considered, concrete compressive strength and cross-section size were found to have a pronounced effect on the bond strength of non-lubricated specimens for the range of cross-section geometries considered, which is not reflected in the European structural design code for composite structures, EN 1994-1-1 (2004). Finally, based on nonlinear regression of the test data generated in the present study, supplemented by additional data obtained from the literature, an empirical equation has been proposed for predicting the average ultimate bond strength for SHS and RHS filled with normal strength concrete.
Kim, Jae Hak;Lee, Wook Jin;Park, Yong Ho;Lee, Young Cheol
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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제25권6호
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pp.231-238
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2015
Sapphire single crystals have been highlighted for epitaxial of gallium nitride films in high-power laser and light emitting diode industries. Among the many crystal growth methods, vertical Bridgman process is an excellent commercial method for growing high quality sapphire crystals with c-axis. In this study, the thermally induced stress in Sapphire during the vertical Bridgman crystal growth process was investigated using a finite element model. A vertical Bridgman process of 2-inch Sapphire was considered for the model. The effects of vertical and transverse temperature gradients on the thermal stress during the process were discussed based on the finite element analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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