The hot curvature-forming of large aluminum thick plate using a grid-typed hybrid die is a process for the production of a spherical LNG tank. Many variables such as the initial die surface quality, grid size, grid thickness, size of blank plate and cooling line design, control the success of the process. In addition, the plate used in this process is generally larger than $10{\times}10m$ in size. Thus, it is very difficult to predict the surface characteristics of the plate during forming and to measure the different parameters due to the high cost of the experiments. In order to optimize the process design for the grid-type die, the development of an analytical method to predict the surface characteristics of the final product in hot curvature-forming is needed. This paper described the development of the method and procedures for FE simulations of the hot curvature-forming process, including hot forming, air flow, cooling, and thermal deformation analyses. An experiment for a small scale model of the process was conducted to check the validity of the numerical method. The results showed that the curvature of the plate in the analysis agrees well with that of the experiment within 0.037 and 0.016% tolerance margins for its side and corner, respectively.
This paper was focused on the wear characteristics of ion-nitrided metal and with ion-nitride processing, which is basically concerned with the effects of carbon content in workpiece and added carbon content gas atmosphere on the best wear performance. Increased carbon content in workpiece increases compound layer thickness, but decreases diffusion layer thickness. On the other hand, a small optimal amount of carbon content in gas atmosphere increase compound layer thickness as well as diffusion layer thickness and hardness. Wear tests show that the compound layer of ion-nitrided metal reduces wear rate when the applied wear load is small. However, as the load becomes large, the existence of compound layer tends to increase wear rate. Compressive residual stress at the compound layer is the largest at the compound layer, and decreases as the depth from the surface increases. It is found in the analysis that under small applied load, the critical depth where voids and cracks may be created and propagated is located at the compound layer, so that the adhesive wear is created and the existence of compound layer reduces the amount of wear. When the load becomes large, the critical depth is located below the compound layer and delamination, which may explained by surface deformation, crack nucleation and propagation, is created and the existence of compound layer increases wear rate. For the compound layer, at added carbon contents of 0 percent and 0.5 at. percent, the $\varepsilon$ monophase is predominant. But at 0.7 at. percent added carbon, the $\varepsilon$ monophase formation tends to be severely inhibited and r' and $Fe_3C$ polyphase formation becomes dominant. This increased hard $\varepsilon$ phase layer was observed to be more beneficial in reducing friction and wear.
Observations from experiments and real fire indicate that restrained steel beams have better fire-resistant capability than isolated beams. Due to the effects of restraints, a steel beam in fire condition can undergo very large deflections and the run away damage may be avoided. However disgusting damages may occur in the beam-to-column connections, which is considered to be mainly caused by the enormous axial tensile forces in steel beams resulted from temperature decreasing after fire dies out. Over the past ten years, the behaviour of restrained steel beams subjected to fire during heating has been experimentally and theoretically investigated in detail, and some simplified analytical approaches have been proposed. While the performance of restrained steel beams during cooling has not been so deeply studied. For the safety evaluation and repair of steel structures against fire, more detailed investigation on the behaviour of restrained steel beams subjected to fire during cooling is necessary. When the temperature decreases, the elastic modulus and yield strength of steel recover, and the contraction force in restrained steel beams will be produced. In this paper, an incremental method is proposed for analyzing the behaviour of restrained steel beams subjected to cooling. In each temperature decrement, the development of deformation and internal forces of a restrained beam is divided into four steps, in order to consider the effect of the recovery of the elastic modulus and strength of steel and the contraction force generated by temperature decrease in the beam respectively. At last, the proposed approach is validated by FE method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.5
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pp.532-538
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2004
MEMS technology applying to the sensors and micro-electro devices is complete system. These microsystems are made by variable processes. Especially, the mentallization process has very important functions to transfer the power operating the sensor and signal induced from sensor part. But in the structures of MEMS the local stress concentration and deformation are often yielded by an irregular geometrical shape and different constraint. Therefore, this paper studies the effect of supporting type and thickness ratio about thin film of the substrate on the residual stress variation when the thermal loads is applied to the multi-layer thin film fabricated by metallization process. Specimens were made from several materials such as Al, Au and Cu. Then, uniform thermal load was applied, repeatedly. The residual stress was measured by FE Analysis and nano-indentation method using AFM. Generally, the specimen made of Al induced the larger residual stress than that of made of other materials. Specimen made of Cu and Au having the low thermal expansion coefficient induces the minimum residual stress. Similarly, the lowest indentation length was measured by nano-indentation method in the Si/Au/Cu specimen. Particularly, clusters are created in the specimen made of Cu by thermal load and the indentation length became increasingly large by cluster formation.
In the fabrication of offshore oil and gas facilities, the significance of dimension control is growing continuously. But, it is difficult to determine the deformation of the structure during fabrication by simple lab tests due to the large size and the complicated shape. Strain-boundary method (a kind of shrinkage method) based on the shell element was proposed to predict the welding distortion of a structure effectively. Modeling of weld geometry in shell element is still a difficult task. In this paper, a concept of imaginary temperature pair is introduced to handle the effect of geometric factors such as groove shape, plate thickness and pass number, etc. Single pass imaginary temperature pair formula is derived from the relation between the groove area and the FE mesh size. By considering the contribution of each weld layer to the whole weldment, multi-pass imaginary temperature is also derived. Since the temperature difference represents the distortion increment, cumulative distortion curve can be drawn by integrating the temperature difference. This curve will be a useful solution when engineers meet some problems occurred in the shipyard. A typical example is shown about utilization of this curve. Several verifications are conducted to examine the validity of the proposed methodology. The applicability of the model is also demonstrated by applying it to the fabrication process of the heavy ship block. It is expected that the imaginary temperature model can effectively solve the modeling problem in shell element. It is also expected that the cumulative distortion curve derived from the imaginary temperature can offer useful qualitative information about angular distortion without FE analysis.
Kim, Kyoung-Min;Park, Ji-Su;Moon, Ji-Hee;Jang, Youn-Young;Park, Seung-Hyun;Huh, Nam-Su
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.100-109
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2020
Pipelines subjected to ground movement would be easily exposed to large-scale deformation. Since such deformations may cause the pipeline failure, it is important to ensure the safety of pipelines in various operation conditions. However, crack in weld metal have been considered as one of the main causes that can deteriorate the structural integrity of the pipeline. For this reason, the structural integrity of the pipe containing the crack in the weld should be obtained. In order to assess cracked pipe, J-integral and crack-tip opening displacement(CTOD) have been applied widely as the elastic-plastic fracture mechanics parameters representing crack driving force. In this study, engineering solutions to calculate the J-integral and CTOD of pipes with a circumferential outer surface crack in the weld are proposed. For this purpose, 3-dimensional elastic-plastic finite element(FE) analyses have been performed considering the effect of overmatch and width of weld. The shape of the weld was simplified to I-groove, and axial displacement was employed as for loading condition. Based on FE results, the effects of crack size, material properties and width of weldment on J-integral and CTOD were investigated. Additionally, the J-integral and CTOD for I-groove were compared with those for V-groove to examine the effects of the weld shape, and a proportionality coefficient of J-integral and CTOD was calculated from the results of this paper.
Nie Biao;Xu Shanhua;Hu WeiCheng;Chen HuaPeng;Li AnBang;Zhang ZongXing
Steel and Composite Structures
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v.48
no.1
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pp.27-41
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2023
Under the long-term effect of corrosive environment, many cold-formed steel (CFS) structures have serious corrosion problems. Corrosion leads to the change of surface morphology and the loss of section thickness, which results in the change of instability mode and failure mechanism of CFS structure. This paper mainly investigates the elastic local buckling behavior of corroded CFS columns. The surface morphology scanning test was carried out for eight CFS columns accelerated corrosion by the outdoor periodic spray test. The thin shell finite element (FE) eigen-buckling analysis was also carried out to reveal the influence of corrosion surface characteristics, corrosion depth, corrosion location and corrosion area on the elastic local buckling behaviour of the plates with four simply supported edges. The accuracy of the proposed formulas for calculating the elastic local buckling stress of the corroded plates and columns was assessed through extensive parameter studies. The results indicated that for the plates considering corrosion surface characteristics, the maximum deformation area of local buckling was located at the plates with the minimum average section area. For the plates with localized corrosion, the main buckling shape of the plates changed from one half-wave to two half-wave with the increase in corrosion area length. The elastic local buckling stress decreased gradually with the increase in corrosion area width and length. In addition, the elastic local buckling stress decreased slowly when corrosion area thickness was relatively large, and then tends to accelerate with the reduction in corrosion area thickness. The distance from the corrosion area to the transverse and longitudinal centerline of the plate had little effect on the elastic local buckling stress. Finally, the calculation formula of the elastic local buckling stress of the corroded plates and CFS columns was proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.2
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pp.169-176
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2015
The mechanical properties of living tissues have been major subjects of interest in biomechanics. In particular, the characteristics of very soft materials such as the brain have not been fully understood because experiments are often severely limited by ethical guidelines. There are increasing demands for studies on remote medical operations using robots. We conducted compression tests on brain-like specimens made of gelatin to find substitutes with the mechanical properties of brain tissues. Using a finite element analysis, we compared our experimental data with existing data on the brain in order to establish material models for brain tissues. We found that our substitute models for brain tissues effectively simulated their mechanical behaviors.
Abed, Younes;Bouzid, Djillali Amar;Bhattacharya, Subhamoy;Aissa, Mohammed H.
Earthquakes and Structures
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v.10
no.5
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pp.1143-1179
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2016
Offshore wind turbines are considered as a fundamental part to develop substantial, alternative energy sources. In this highly flexible structures, monopiles are usually used as support foundations. Since the monopiles are large diameter (3.5 to 7 m) deep foundations, they result in extremely stiff short monopiles where the slenderness (length to diameter) may range between 5 and 10. Consequently, their elastic deformation patterns under lateral loading differ from those of small diameter monopiles usually employed for supporting structures in offshore oil and gas industry. For this reason, design recommendations (API and DNV) are not appropriate for designing foundations for offshore wind turbine structures as they have been established on the basis of full-scale load tests on long, slender and flexible piles. Furthermore, as these facilities are very sensitive to rotations and dynamic changes in the soil-pile system, the accurate prediction of monopile head displacement and rotation constitutes a design criterion of paramount importance. In this paper, the Fourier Series Aided Finite Element Method (FSAFEM) is employed for the determination of static impedance functions of monopiles for OWT subjected to horizontal force and/or to an overturning moment, where a non-homogeneous soil profile has been considered. On the basis of an extensive parametric study, and in order to address the problem of head stiffness of short monopiles, approximate analytical formulae are obtained for lateral stiffness $K_L$, rotational stiffness $K_R$ and cross coupling stiffness $K_{LR}$ for both rough and smooth interfaces. Theses expressions which depend only on the values of the monopile slenderness $L/D_p$ rather than the relative soil/monopile rigidity $E_p/E_s$ usually found in the offshore platforms designing codes (DNV code for example) have been incorporated in the expressions of the OWT natural frequency of four wind farm sites. Excellent agreement has been found between the computed and the measured natural frequencies.
Jeong, Jin Seok;Jung, Myung Rag;Ock, Chang Kwon;Lee, Won Tae;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.4
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pp.243-251
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2016
Longitudinally structural cracks are sometimes observed in the pavement on steel plate deck bridges because traffic truck loadings can cause large local deformations of the thin deck plate stiffened by longitudinal and transverse beams. In this study, an improved finite strip method using flat-shell strip, prism, and link elements is presented to investigate local deformations of steel decks with pavements in which flexural and torsional stiffness effects of thin floor beams are rigorously taken into account. A simplified deck model extracted from steel plate-girder bridges is analyzed using the developed FSM and the commercial FE program, ABAQUS and also, their numerical results are compared and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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