Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
Park, Hyeon-Chan;Lee, Jin-Hyeong;Lee, Jin-Hui;Jang, Gyeong-Ho
Proceedings of the KWS Conference
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2005.11a
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pp.79-81
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2005
Bridges constructed recently are preferred to have long spans and simple structure details considering not only the function as bridge but scenic beauty, maintenance, construction term and life cycle cost, etc. Therefore, they require high performance steels like extra-thick plate steels and TMCP steels. A TMCP steel produced by themo-mechanical control process is now spot lighted due to the weldability for less carbon equivalent. It improved at strength and toughness in microstructure. Recently, the SM570-TMC steel which is a high strength TMCP steel whose tensile strength is 600MPa has been developed and applied to steel structures. But, for the application of this steel to steel structures, it is necessary to elucidate not only the material characteristics but also the mechanical characteristic of welded joints. In this study, the characteristics of residual stresses in welded joints of SM570-TMC steel were studied through the three-dimensional thermal elastic-plastic analyses on the basis of mechanical properties at high temperatures obtained from the elevated temperature tensile test.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2004.05a
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pp.70-73
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2004
The packaging of the integrated circuits requires knowledge of ceramics and metals to accommodate the fabrication of modules that are used to construct subsystems and entire systems from extremely small components. Composite ceramics (Al$_2$O$_3$-SiO$_2$) were tested for substrates. A stress analysis was conducted for a linear work-hardening metal cylinder embedded in an infinite ceramic matrix. The bond between the metal and ceramic was established at high temperature and stresses developed during cooling to room temperature. The calculations showed that the stresses depend on the mismatch in thermal expansion, the elastic properties, and the yield strength and work hardening rate of the metal. Experimental measurements of the surface stresses have also been made on a Cu/Al$_2$O$_3$-SiO$_2$ceramic system, using an indentation technique. A comparison revealed that the calculated stresses were appreciably larger than the measured surface stresses, indicating an important difference between the bulk and surface residual stresses. However, it was also shown that porosity in the metal could plastically expand and permit substantial dilatational relaxation of the residual stresses. Conversely it was noted that pore clusters were capable of initiating ductile rupture, by means of a plastic instability, in the presence of appreciable tri-axiality. The role of ceramics for packaging of microelectronics will continue to be extremely challenging.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.11a
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pp.308-312
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2003
The packaging of the integrated circuits requires knowledge of ceramics and metals to accommodate the fabrication of modules that are used to construct subsystems and entire systems from extremely small components. Composite ceramics ($Al_2O_3-SiO_2$) were tested for substrates. A stress analysis was conducted for a linear work-hardening metal cylinder embedded in an infinite ceramic matrix. The bond between the metal and ceramic was established at high temperature and stresses developed during cooling to room temperature. The calculations showed that the stresses depend on the mismatch in thermal expansion, the elastic properties, and the yield strength and work hardening rate of the metal. Experimental measurements of the surface stresses have also been made on a $Cu/Al_2O_3-SiO_2$ ceramic system, using an indentation technique. A comparison revealed that the calculated stresses were appreciably larger than the measured surface stresses, indicating an important difference between the bulk and surface residual stresses. However, it was also shown that porosity in the metal could plastically expand and permit substantial dilatational relaxation of the residual stresses. Conversely it was noted that pore clusters were capable of initiating ductile rupture, by means of a plastic instability, in the presence of appreciable tri-axiality. The role of ceramics for packaging of microelectronics will continue to be extremely challenging.
Fire incident in buildings is common, so the fire safety design of the framed structure is imperative, especially for the unprotected or partly protected bare steel frames. However, software for structural fire analysis is not widely available. As a result, the performance-based structural fire design is urged on the basis of using user-friendly and conventional nonlinear computer analysis programs so that engineers do not need to acquire new structural analysis software for structural fire analysis and design. The tool is desired to have the capacity of simulating the different fire scenarios and associated detrimental effects efficiently, which includes second-order P-D and P-d effects and material yielding. Also the nonlinear behaviour of large-scale structure becomes complicated when under fire, and thus its simulation relies on an efficient and effective numerical analysis to cope with intricate nonlinear effects due to fire. To this end, the present fire study utilizes a second-order elastic/plastic analysis software NIDA to predict structural behaviour of bare steel framed structures at elevated temperatures. This fire study considers thermal expansion and material degradation due to heating. Degradation of material strength with increasing temperature is included by a set of temperature-stress-strain curves according to BS5950 Part 8 mainly, which implicitly allows for creep deformation. This finite element stiffness formulation of beam-column elements is derived from the fifth-order PEP element which facilitates the computer modeling by one member per element. The Newton-Raphson method is used in the nonlinear solution procedure in order to trace the nonlinear equilibrium path at specified elevated temperatures. Several numerical and experimental verifications of framed structures are presented and compared against solutions in literature. The proposed method permits engineers to adopt the performance-based structural fire analysis and design using typical second-order nonlinear structural analysis software.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.2
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pp.69-80
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2002
Sequential process of roll-bending and line heating has been used to deform the curved hull-plates in shipyards. A growing interest for the mechanization or automation of the line heating process has been noted. Relations between heating conditions and residual deformations are important components needed for the mechanization. The residual deformations are investigated by using a thermal elastic-plastic analysis based on the finite element analysis(FEA). Several experiments are also performed to examine the validity of the results of FEA. The input parameters of line heating are suggested by dimensional analysis of line heating. The dimensional analysis can extract the primary input-parameters of line heating. The relations between the heating conditions and the residual deformations are set up by multi-variate analysis and multiple-regression method. This study suggests a method for the relation between the heating conditions and the deformations lying under the line heating.
Flame bending has been extensively used in the shipbuilding industry for hull plate forming In flame bending it is difficult to obtain the desired shape because the residual deformation dependson the complex temperature distribution and the thermal plastic strain. Mechanical bending such as reconfigurable press forming multi-point press forming or die-less forming has been found to improve the automation of hull plateforming because it can more accurately control the desired shape than line heating. Multi-point forming is a process in which external forces are used to form metal work-pieces. Therefore it can be a flexible and efficient forming technique. This paper presents an optimal approach to determining the press-stroke for multi-point press forming of curved shapes. An integrated configuration of Finite element analysis (FEA) and spring-back compensation algorithm is developed to calculate the strokes of the multi-point press. Not only spring-back is modeled by elastic plastic shell elements but also an iterative algorithm to compensate the spring-back is applied to adjust the amount of pressing stroke. An iterative displacement adjustment (IDA) method is applied by integration of the FEA procedure and the spring-back compensation work. Shape deviation between the desired surface and deform£d plate is minimized by the IDA algorithm.
When polyethylene terephthalate(PET) film specimen were stepwise elongated under tension with various speeds of about 0.5~500 mm/min, the necking area, consisted of transparent and opaque bands, was formed during plastic deformation. Stress oscillation was apparently obtained in the stress-strain curve of above specimen. However, stress oscillation was not obtained in the stress-strain curve of annealing specimen. Microstructure was examined dynamically using an optical microscopy and thermal analysis was carried out in a differential scanning calorimeter at a heating rate of 10${\circ}$/min. Also, orientation and crystallization were examined using monochromatic-pinhole technique and elastic modulus was measured by a dynamic mechanical analyzer in the temperature range of -150~70 ${\circ}$ with the frequency of 1 Hz. Transparent PET products were fabricated by use of the PET pellets annealed at 83${\circ}$ for 30 min in an electric furnace.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. And it is well known that volume expansion due to phase transformation could influence in the case of welding of high tensile strength steels on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. In this study, we investigated the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress through experiment. And three-dimensional thermal elastic-plastic FEM analysis is conducted to reproduce the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress. Also we carried out the analysis of welding residual stress in welds of similar or dissimilar steels considering the effect of residual stress relaxation due to phase transformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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