One of the most important design criteria in military tunnels and armoured doors is to resist the blast loads with minimum structural weight. This can be achieved by using steel sandwich panels. In this paper, the nonlinear behaviour of steel sandwich panels, with different core materials: (1) Hollow (no core material); (2) Rigid Polyurethane Foam (RPF); and (3) Vulcanized Rubber (VR) under free air blast loads, was investigated using detailed 3D nonlinear finite element models in Ansys Autodyn. The accuracy of the finite element model proposed was verified using available experimental test data of a similar steel sandwich panel tested. The results show the developed finite element model can be reliably used to simulate the nonlinear behaviour of the steel sandwich panels under free air blast loads. The verified finite element model was used to examine the different parameters of the steel sandwich panel with different core materials. The result shows that the sandwich panel with RPF core material is more efficient than the VR sandwich panel followed by the Hollow sandwich panels. The average maximum displacement of RPF sandwich panel under different ranges of TNT charge (1 kg to 10 kg at a standoff distance of 1 m) is 49% and 53% less than the VR and Hollow sandwich panels, respectively. Detailed empirical design equations were provided to quantify the maximum deformation of the steel sandwich panels with different core materials and core thickness under a different range of blast loads. The developed equations can be used as a guide for engineer to design steel sandwich panels with RPF and VR core material under a different range of free air blast loads.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1603-1611
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2010
The comparative study of regression-model-based approximate optimization techniques used in the strength design of an automotive knuckle component that will be under bump and brake loading conditions is carried out. The design problem is formulated such that the cross-sectional sizing variables are determined by minimizing the weight of the knuckle component that is subjected to stresses, deformations, and vibration frequency constraints. The techniques used in the comparative study are sequential approximate optimization (SAO), sequential two-point diagonal quadratic approximate optimization (STDQAO), and approximate optimization based on enhanced moving least squares method (MLSM), such as CF (constraint feasible)-MLSM and Post-MLSM. Commercial process integration and design optimization (PIDO) tools are utilized for the application of SAO and STDQAO. The enhanced MLSM-based approximate optimization techniques are newly developed to ensure constraint feasibility. The results of the approximate optimization techniques are compared with those of actual non-approximate optimization to evaluate their numerical performances.
Kim, Jong-Tak;Cho, Chang-Hee;Kim, Jin-Young;Kim, Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1021-1026
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2011
Structural impact problems are becoming increasingly important for a modern defense industry, high-speed transportation, and other applications because of the weight reduction with high strength. In this study, a numerical investigation on the impact fracture behavior of aluminum plates was performed under various projectile conditions such as nose shapes, velocities, and incidence angles. In order to reduce the iterative numerical analysis, the Latin Square Method was employed. The influence factor was then determined by an FE analysis according to the conditions. The results were evaluated by means of a statistical significance interpretation using variance assessment. It was shown that the velocity and incidence angle can be the most important influence factors representing the impact absorption energy and plastic deformation, respectively.
Kim, Do-Won;Jeong, Gyu;Lim, Jae Hyuk;Lim, Jun-Woo;Yu, Byeong-Min;Lee, Kil-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.2
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pp.66-75
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2018
In this paper, a lightweight design of the spar cap of 2MW wind turbine blade was carried out using the ply reduction ratio (PRR) and CFRP with a trade-off study. The spar cap is one of the most critical factor in determining the mechanical performance of the blade. Tsai-Wu and Puck fracture theory were used to determine the fracture. As a result, the CFRP composite material could be lighter in terms of weight by about 30% than GFRP composite material under the same conditions. Based on the analytical results, we derive the optimal value of the laminate thickness of the composite material and present the structural performance improvement and the lightweight design result.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.12
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pp.1011-1020
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2016
This paper introduces a tactilely transparent soft glove composed of soft materials and flexible structures. Although it is hard to achieve a high grasping force with conventional grip-assist gloves made from soft material, the proposed glove can exert a high force by using a novel structure. This structure has a triangular shape composed of flexible structural frames, soft fabric, and belts. It can produce grip-assist moment compliantly without harmful force or misalignment with the human fingers. The whole finger part that comes into contact with objects is made of thin and soft fabric in order to facilitate sensation transference. The proposed tactilely transparent soft glove enables the user to manipulate various objects owing to both the softness and high grasping force; it helps lifting heavy weight objects as well as permitting delicate tactile feeling on the palm and fingers. The proposed concept was applied to a two-finger grip-assist device for validation. In addition, the experimental results regarding grasping objects, fingertip force, and grasping force are presented.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.20
no.5
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pp.232-236
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2010
Silicon carbide (SiC) ceramics are widely used in the application of high-temperature structural devices due to their light weight as well as superior hardness, fracture toughness, and temperature stability. In this paper, we employed classical molecular dynamics simulations using Tersoff's potential to investigate the elastic constants of the SiC crystal at high temperature. The stress-strain characteristics of the SiC crystal were calculated with the LAMMPS software and the elastic constants of the SiC crystal were analyzed. Based on the stress-strain analysis, the SiC crystal has shown the elastic deformation characteristics at the low temperature region. But the slight plastic deformation behavior was shown as applied the high strain over $1,000^{\circ}C$. Also the elastic constants of the SiC crystal were changed from about 475 GPa to 425 GPa as increased the temperature to $1,250^{\circ}C$.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.23
no.4
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pp.285-291
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2011
In this study the mechanical performance of the new wave dissipating block is evaluated through experiment and numerical analysis. Also, by selecting adequate reinforcement, the improvement of the structural performance is examined. The reinforcement is designed by predicting the amount of tensile force and the location where the tensile stress develops in the new wave dissipating block through numerical analysis. The new wave dissipating block is reinforced with the ordinary steel bars and the fiber reinforced plastic(FRP) bars which have advantages in ocean environment in terms of corrosion and fatigue. The test result shows that the fracture resistance of the un-reinforced concrete block is 350 kN which is about 6.2 times that of the weight of the block. All the test blocks which are reinforced by either steel of FRP bars show strength capacity of over 900 kN which is the maximum load of the test equipment. Although the single reinforcement with larger-diameter bars has advantage in terms of construction convenience, it is recommended to use multiple number of smaller-diameter bars in order to reduce the crack width.
Both ultrasonic velocity at 3 MHz and absorption coefficient in the frequency range of 0.2-2 MHz were measured for poly (sodium 4-styrenesulfonate) aqueous solution over the concentration range of 5 to 25 % by weight. Pulse echo overlap method was employed to measure the ultrasonic velocity over the temperature range of 10-90 ℃ and the high-a ultrasonic resonator method was used for the absorption coefficient measurement at 20 ℃. The velocity exhibited a maximum value at approximately 55. 59, 63. 67, and 71 ℃ in 25, 20. 15, 10. and 5 wt% solutions, respectively. The velocity increased with poly (sodium 4-styrenesulfonate) concentration at a given temperature. The concentrations dependences of the relaxation frequency and amplitude showed that the relaxation around 200 kHz is related to the structural fluctuations of polymer molecules, such as the segmental motions of the polymer chains and that around 1 MHz resulted from the proton transfer reaction of the oxygen sites of SO₃. Both the absorption and the shear viscosity increase with the Polymer concentration. but decrease with temperature.
Saggaff, A.;Tahir, M.M.;Sulaiman, A.;Ngian, S.P.;Mirza, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.4
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pp.765-784
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2015
Connections are usually designed either as pinned usually associated with simple construction or rigid normally is associated with continuous construction. However, the actual behaviour falls in between these two extreme cases. The use of partial strength or semi-rigid connections has been encouraged by Euro-code 3 and studies on semi-continuous construction have shown substantial savings in steel weight of the overall construction. Composite connections are proposed in this paper as partial or full strength connections. Standardized connection tables are developed based on checking on all possible failure modes as suggested by "component method" for beam-to-column composite connection on major axis. Four experimental tests were carried out to validate the proposed standardised connection table. The test results showed good agreement between experimental and theoretical values with the ratio in the range between 1.06 to 1.50. All tested specimens of the composite connections showed ductile type of failure with the formation of cracks occurred on concrete slab at maximum load. No failure occurred on the Trapezoidal Web Profiled Steel Section as beam and on the British Section as column.
Well-distributed ruthenium (Ru) nanoparticles decorated on porous carbon nanofibers (CNFs) were synthesized using an electrospinning method and a reduction method for use in high-performance elctrochemical capacitors. The formation mechanisms including structural, morphological, and chemical bonding properties are demonstrated by means of field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). To investigate the optimum amount of the Ru nanoparticles decorated on the porous CNFs, we controlled three different weight ratios (0 wt%, 20 wt%, and 40 wt%) of the Ru nanoparticles on the porous CNFs. For the case of 20 wt% Ru nanoparticles decorated on the porous CNFs, TEM results indicate that the Ru nanoparticles with ~2-4 nm size are uniformly distributed on the porous CNFs. In addition, 40 wt% Ru nanoparticles decorated on the porous CNFs exhibit agglomerated Ru nanoparticles, which causes low performance of electrodes in electrochemical capacitors. Thus, proper distribution of 20 wt% Ru nanoparticles decorated on the porous CNFs presents superior specific capacitance (~280.5 F/g at 10 mV/s) as compared to the 40 wt% Ru nanoparticles decorated on the porous CNFs and the only porous CNFs. This enhancement can be attributed to the synergistic effects of well-distributed Ru nanoparticles and porous CNF supports having high surface area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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