Bearings are mechanical components that support loads and transmit rotation. The inner and outer rings come into contact with the rotating mechanism, requiring a very high level of hardness. To meet this requirement, heat treatment is commonly performed. The heat treatment process inherently involves thermal deformation. Particularly in the case of large bearings, significant deformation relative to the bearing's shape can occur, making accurate deformation prediction during heat treatment essential. However, predicting deformation in heat treatment is challenging due to the simultaneous consideration of phase transformation, heat transfer, and bearing deformation. In this study, an analysis of heat treatment-induced deformation in bearings was conducted, taking phase transformation into account. The thermal and mechanical properties were calculated based on the chemical composition of the bearing material. This information was then used to perform a deformation-heat transfer-phase transformation analysis. To validate the reliability of the analysis, experiments were conducted under the same conditions. When comparing the analysis and experimental results, differences in deformation were observed. These differences were attributed to variations in phase transformation conditions between the analysis and experiments. Consequently, it is anticipated that supplementing these results will enable the prediction of deformation while considering phase transformation conditions in bearings.
In nanosized structures as the surface area to the bulk volume ratio increases the classical continuum mechanics approaches fails to investigate the mechanical behavior of such structures. In perforated nanobeam structures, more decrease in the bulk volume is obtained due to perforation process thus nonclassical continuum approaches should be employed for reliable investigation of the mechanical behavior these structures. This article introduces an analytical methodology to investigate the size dependent, surface energy, and perforation impacts on the nonclassical bending behavior of regularly squared cutout nanobeam structures for the first time. To do this, geometrical model for both bulk and surface characteristics is developed for regularly squared perforated nanobeams. Based on the proposed geometrical model, the nonclassical Gurtin-Murdoch surface elasticity model is adopted and modified to incorporate the surface energy effects in perforated nanobeams. To investigate the effect of shear deformation associated with cutout process, both Euler-Bernoulli and Timoshenko beams theories are developed. Mathematical model for perforated nanobeam structure including surface energy effects are derived in comprehensive procedure and nonclassical boundary conditions are presented. Closed forms for the nonclassical bending and rotational displacements are derived for both theories considering all classical and nonclassical kinematics and kinetics boundary conditions. Additionally, both uniformly distributed and concentrated loads are considered. The developed methodology is verified and compared with the available results and an excellent agreement is noticed. Both classical and nonclassical bending profiles for both thin and thick perforated nanobeams are investigated. Numerical results are obtained to illustrate effects of beam filling ratio, the number of hole rows through the cross section, surface material characteristics, beam slenderness ratio as well as the boundary and loading conditions on the non-classical bending behavior of perforated nanobeams in the presence of surface effects. It is found that, the surface residual stress has more significant effect on the bending deflection compared with the corresponding effect of the surface elasticity, Es. The obtained results are supportive for the design, analysis and manufacturing of perforated nanobeams.
Railway tracks are the direct supporting structures of the trains, which are vulnerable to produce large deformation under the temperature stress or subgrade settlement. The health status of track is critical, and the track should be routinely monitored to improve safety, lower the risk of excess deformation and provide reliable maintenance strategy. In this paper, the distributed optical fiber sensor was proposed to monitor the continuous deformation of the track. In order to validate the feasibility of the monitoring method, two deformation monitoring tests on one steel rail model in laboratory and on one real railway tack in outdoor were conducted respectively. In the model test, the working conditions of simply supported beam and continuous beam in the rail model under several concentrated loads were set to simulate different stress conditions of the real rail, respectively. In order to evaluate the monitoring accuracy, one distributed optical fiber sensor and one fiber Bragg grating (FBG) sensor were installed on the lower surface of the rail model, the strain measured by FBG sensor and the strain calculated from FEA were taken as measurement references. The model test results show that the strain measured by distributed optical fiber sensor has a good agreement with those measured by FBG sensor and FEA. In the outdoor test, the real track suffered from displacement and temperature loads. The distributed optical fiber sensor installed on the rail can monitor the corresponding strain and temperature with a good accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.593-602
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2000
The shape optimization is performed to minimize the judder of ventilated disc brake rotor that is induced by the thermal deformation of the disc. A three-dimensional finite element is developed to analyze the coupled system of temperature and displacement field, and the thermal conductivity and mechanical stiffness matrices are simultaneously taken into account. To reduce computing time, an equivalent heat transfer rate is introduced approximating the heat transfer rate on the disc surface. A deformation factor is introduced to describe the thermal deformation causing the judder. The deformation factor is chosen as an objective function in the optimization process. Consequently an optimum design is then performed minimizing the deformation factor with the design variables of the shape of the disc. The optimum design procedure presented in this study is proven to be an effective method of minimizing the judder, and it reduces the thermal deformation by 23% of the initial geometry.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.5
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pp.541-546
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2011
This study was numerically investigated on thermal deformation of AC4C and AC7A aluminum alloy casting material for manufacturing the automobile tire mold. The metal casting device was used in order to manufacture the mold product of automobile tire at the actual industrial field. The temperature distribution and the cooling time of these materials were numerically calculated by finite element analysis. Thermal deformation with stress distribution was also calculated form the temperature distribution results. The thermal deformation was closely related to the temperature difference between the surface and inside of the casting. As shown by numerical analysis result, the thermal deformation of AC7A casting material became higher than AC4C casting material. In addition, the results of displacement and stress distributions appeared to be larger at the center parts of casting than on its sides because of the shrinkage caused by the cooling speed difference.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.10
no.4
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pp.109-117
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1993
Force balance method is employed to predict forging information such as forging load, tool pressure and normal stress at the surface of tangential velocity discontinuity. The incipient stages of deformation for the plane strain forging of rectangular billets in V-shaped dies of different semi-angles are analysed. To construct an approximate model for the analysis of deformation by the force balance method in the incipient deformation stages, slip-line field is used. When the deformation mode by slip-line method is the same as that by force balance method, the slip-line method and the force balance method give identical solutions. The effects of die angle, coefficient of friction, billet geometries and deforma- tion characteristics are also investigated. In order to verify the validity of force balance analysis, the rigid-plastic finite element simulation for the various forgig parameters are performed and performed and find to be in good agreement.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.133-138
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2005
The deformation of sheet metal due to the residual stress during blanking or piercing process, is numerically simulated by means of a commercial finite element code. Two dimensional plain strain problem is solved and then its result is applied to the deformation analysis of the lead frame. The plain strain element is applied to the 2D problem to observe the Von Mises equivalent stress concentration at the both shearing edges. As the punch penetrates into the sheet material, the stress concentration generated on both edges is getting increased to be the shearing surface. The limits of the punching depth applied to the simulation is 16% and 24% of the sheet thickness for the plain strain element and the hexahedral element, respectively. The hexahedral element and the limit of punching depth were applied to the deformation analysis of the lead frame for the blanking process. The FEM results for the lead deformation were very good agreement with the experimental ones. This paper shows that the coarse mesh has enabled to analyze the lead deformation generated due to the blanking mechanism. This simple approach to save the calculation time will be very effective to the design of the blanking tools in industries.
Tensile deformation behavior with different strain rate was investigated. $Zr_{56.2}Ti_{13.8}Nb_{5.0}Cu_{6.9}Ni_{5.6}Be_{12.5}$(bulk metallic glass alloy possessed crystal phase which was called $\beta$-phase of dendrite shape, mean size of $20{\sim}30{\mu}m$ and occupied 25% of the total volume) was used in this study. Maximum tensile strength was obtained as 1.74GPa at strain rate $10^2s^{-1}$ and minimum strength was found to be 1.6GPa at $10^{-1}s^{-1}$. And then, maximum plastic deformation occurred at the strain rate of $5{\times}10^{-2}s^{-1}$ and represented 1.75%, though minimum plastic deformation showed 0%. In the specific range of strain rate, relatively higher plastic deformation and lower ultimate tensile strength were found with lots of shear bands. The fractographical observation after tensile test indicated that vein like pattern on the fracture surface was well developed especially in the above range of strain rate.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.353-354
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2009
Tensile deformation behavior with different strain rate was investigated. $Zr_{56.2}Ti_{13.8}Nb_{5.0}Cu_{6.9}Ni_{5.6}Be_{12.5}$ (bulk metallic glass alloy possessed crystal phase which was called $\beta$-phase of dendrite shape, mean size of $20{\sim}30{\mu}m$ and occupied 25% of the total volume) was used in this study. Maximum tensile strength was obtained as 1.74Gpa at strain rate of $10^2/s$ and minimum strength was found to be 1.6GPa at $10^{-1}/s$. And then, maximum plastic deformation occurred at the strain rate of $5{\times}10^{-2}/s$ and represented 1.75%, though minimum plastic deformation showed 0%. In the specific range of strain rate, relatively higher plastic deformation and lower ultimate tensile strength were found with lots of shear bands. The fractographical observation after tensile test indicated that vein like pattern on the fracture surface was well developed especially in the above range of strain rate.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.6
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pp.509-515
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2011
The radar cross section (RCS) of warships is a crucial design factor to improve the survivability in terms of not only low observablity of the platform but also efficiency of on-board sensors and jamming devices against enemy threat. In design stage, numerical models are generated in order to quantitatively assess RCS, of which hull surfaces are modeled with the finite number of the flat plate. However, in practice, hull surfaces are permanently deformed by various kinds of loads such as winds and ocean waves faced during operations. In this paper, the effect of these shell plate deformation to RCS is numerically investigated. For this purpose, RCS calculations are carried out for various kinds of numerical models, such as single plates, dihedrals, large-sized undulate plates, and virtual warships, with some extent of permanent deformation. The results are compared with those of corresponding models without permanent deformation. It is concluded that the permanent deformation of hull surface highly influences RCS characteristics of warships, therefore they should be considered in the RCS analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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