To investigate surface properties and interception performances of the new modified PVDF membrane coated with Graphene Oxide (GO) and nano-$TiO_2$ (for short the modified membrane) via the interface polymerization method combined with the pumping suction filtration way, filtration experiments of the modified membrane on Humic Acid (HA) were conducted. Results showed that the contact angle (characterizing the hydrophilicity) of the modified membrane decreased from $80.6{\pm}1.8^{\circ}$ to $38.6{\pm}1.2^{\circ}$. The F element of PVDF membrane surface decreased from 60.91% to 17.79% after covered with GO and $TiO_2$. O/C element mass ratio has a fivefold increase, the percentage of O element on the modified membrane surface increased from 3.83 wt% to 20.87%. The modified membrane surface was packed with hydrophilic polar groups (like -COOH, -OH, C-O, C=O, N-H) and a functional hydrophilic GO-polyamide-$TiO_2$ composite configuration. This configuration provided a rigid network structure for the firm attachment of GO and $TiO_2$ on the surface of the membrane and for a higher flux as well. The total flux attenuation rate of the modified membrane decreased to 35.6% while 51.2% for the original one. The irreversible attenuation rate has dropped 71%. The static interception amount of HA on the modified membrane was $158.6mg/m^2$, a half of that of the original one ($295.0mg/m^2$). The flux recovery rate was increased by 50%. The interception rate of the modified membrane on HA increased by 12% approximately and its filtration cycle was 2-3 times of that of the original membrane.
A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of arbitrary shell structures is presented. The element is developed by flat shell approach, i.e., by combining a membrane element with a Mindlin plate element. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types of finite elements. In the plate bending part, an improved Mindlin plate has been established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes (N) and the substitute shear strain fields (S). In the membrane part, the nonconforming displacement modes are also added to the displacement fields to improve the behavior of membrane element with drilling degrees of freedom and the modified numerical integration (M) is used to overcome the membrane locking problem. Thus the element is designated as NMS-4F. The rigid link correction technique is adopted to consider the effect of out-of-plane warping. The shell element proposed herein passes the patch tests, does not show any spurious mechanism and does not produce shear and membrane locking phenomena. It is shown that the element produces reliable solutions even for the distorted meshes through the analysis of benchmark problems.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.03a
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pp.183-187
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1997
A membrane element is regarded as more preferable rather than other elements in the sense of its computing efficiency and the merit with respect to contact treatment. However, it cannot consider the bending effect during the deformation. Moreover, due to the characteristics of rolling process, sheet metal has anisotropy with respect to the direction in the plane. To take the bending effect into account, a modified membrane element was introduced and improved to consider planar anisotropic characteristics with the aid of Hill's quadratic criterion.
The paper is concerned with an improved scheme for application of the blank holding force in order to take account of the thickness distribution in the sheet material of the flange region. The scheme incorporates with a modified membrane finite element method for planar anisotropic materials. The new scheme proposed two coefficients α and βto calculate the compressive stress in the sheet metal due to the blank holding force, which should be determined properly for accurate analysis. The effect of αand βon the blank holding force distribution and the deformed shape is investigated with simulation of rectangular cup deep drawing processes by changing parameter values.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.340-343
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2007
This paper introduces a new approach to consider the bending history in finite element inverse analysis of the cylindrical cup drawing. A modified membrane element is adopted to add the bending-unbending energy to the total plastic energy on the bending-unbending region predicted from the geometry of the final shape and tools. The algorithm suggested was applied to a cylindrical cup deep drawing process. The blank shape and the distribution of the thickness strain are compared with those obtained from incremental finite element analysis. The comparison demonstrates the algorithm proposed reduces the difference between the results from inverse analysis and those from incremental analysis when the bending history is considered.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2653-2663
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1994
The design of sheet metal working processes is based on the knowledge about the deformation mechanism and the influence of the process parameters. The typical geometric process parameters are the die geometry, the initial sheet thickness, the initial blank shape, and so on. The initial blank shape is of vital importance in the most sheet metal forming operations, especially in the deep drawing process, since the forming load and the strain distribution are significantly affected by the shape of an initial blank. The influence of the initial blank shape on a square cup deep drawing process is investigated by the numerical simulation and the experiment. The numerical simulation is carried out by a modified membrane finite element method which takes bending deformation into account. The numerical and experi-mental results show that the initial blank shape have strong influence on the forming load and the strain distribution. The numerical results are compared with the experimental results and other numerical results which are calculated with the membrane theory.
Chun, Kyoung-Sik;Kassegne, Samuel Kinde;Park, Won-Tae
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.6
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pp.643-658
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2008
In this paper, we present a quadratic element model based on non-conforming displacement modes and modified shape functions. This new and refined 8-node hybrid stress plane element consists of two additional non-conforming modes that are added to the translational degree of freedom to improve the behavior of a membrane component. Further, the modification of the shape functions through quadratic polynomials in x-y coordinates enables retaining reasonable accuracy even when the element becomes considerably distorted. To establish its accuracy and efficiency, the element is compared with existing elements and - over a wide range of mesh distortions - it is demonstrated to be exceptionally accurate in predicting displacements and stresses.
This paper introduces a new approach to take account of bending history in finite element inverse analysis during sheet metal forming process. A modified membrane element was adopted for finite element inverse analysis so that bending-unbending energy was additionally imposed in the total plastic energy, predicting bending-unbending regions using the geometry of the final shape and tools. An algorithm was applied to a cylindrical cup deep drawing process. The blank shape and the distribution of the thickness strain were compared with those obtained from the incremental finite element analysis in order to evaluate the effect of the bending history. The algorithm reduced the difference between the results of the inverse analysis from those of the incremental analysis due to bending history. The analysis was also carried out with the variation of the thickness of the initial blank to investigate the effect of bending deformation. The results showed that the difference was remarkably reduced as the thickness of the initial blank increased. This indicates that the finite element inverse analysis cooperated with the suggested scheme is useful to obtain more accurate results, especially when bending effects are significant.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.10a
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pp.93-97
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1997
Since the modified membrane element has the same external appearance as the ordinary membrane element, it is not able to apply the thickness variation of sheet metal in the blank holder to the contact treatment and the equally distributed blank holding force should be inevitably imposed on sheet metal along the periphery regardless of the contact status. But sheet metal does not contact with the blank holder at the periphery, nor the blank holding force is distributed uniformly along the boundary. To impose the blank holding force properly, the scheme is improved so that the blank holding force at each node imposed on sheet metal is dependent on the calculated thickness derivation and a state of equilibrium with the total blank holding force. The validity of the improved scheme is demonstrated with the simulation of cylindrical and rectangular cup deep drawing.
A transition membrane element designated as CLM which has variable mid-side nodes with drilling freedoms has been presented in this paper. The functional for the linear problem, in which the drilling rotations are introduced as independent variables, has been formulated. The transition elements with variable side nodes can be efficiently used in the local mesh refinement for the in-plane structures, which have stress concentrations. A modified Gaussian quadrature is needed to be adopted to evaluate the stiffness matrices of these transition elements mainly due to the slope discontinuity of displacement within the elements. Detailed numerical studies show the excellent performance of the new transition elements developed in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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