When an adhesive joint is exposed to high environmental temperature, the tensile load capability of the adhesive joint decreases because the elastic modulus and failure strength of structural adhesive decrease. The thermo-mechanical properties of structural adhesive can be improved by addition of fillers to the adhesive. In this paper, the elastic modulus and failure strength of adhesives as well as the tensile load capability of tubular single lap adhesive joints were experimentally and theoretically investigated with respect to the volume fraction of filler (alumina) and the environmental temperature. Also the tensile modulus of the fille containing epoxy adhesive was predicted using a new equation which considers filler shape, filler content and environmental temperature. The tensile load capability of the adhesive joint was predicted by using the effective strain obtained from the finite element analysis and a new failure model, from which the relation between the bonding length and the crack length was developed with respect to the volume fraction of filler.
In order to predict the thermoelastic behavior of porous composites, poroelastic parameters are measured by using micromechanics-based finite element models. The expanding deformation caused by pore pressure, and the degradation of homogenized elastic moduli with pores are calculated for the assessment of the poroelastic parameters. Various representative volume elements considering the shape, size, and array pattern of pores are modeled and analyzed by a finite element method. The effects of porosity and material anisotropy, and the distribution of stain energy density are investigated carefully. In addition, the measured poroelastic parameters are verified by predicting the thermo-pore-elastic behavior of carbon/phenolic composites.
Kim, Hyun-Jung;Seo, Yu-Deok;Youn, Sung-Kie;Lee, Seung-Hoon;Lee, Deog-Gyu;Lee, Eung-Shik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.693-700
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2008
The primary mirror system in a satellite camera is an opto-mechanically coupled system for a reason that optical and mechanical behaviors are intricately interactive. In order to enhance the opto-mechanical performance of the primary mirror system, opto-mechanical behaviors should be thoroughly investigated by using various analysis procedures such as elastic, thermo-elastic, optical and eigenvalue analysis. In this paper, optimal design of the bipod flexure mounts for high opto-mechanical performance is performed. Optomechanical performances considered in this paper are RMS wavefront error under the gravity and thermal loading conditions and 1st natural frequency of the mirror system. The procedures of the flexure mounts design based on design of experiments and statistics is as follows. The experiments for opto-mechanical analysis are constructed based on the tables of orthogonal arrays and analysis of each experiment is carried out. In order to deal with the multiple opto-mechanical properties, MADM (Multiple-attribute decision making) is employed. From the analysis results, the critical design variables of the flexure mounts which have dominant influences on opto-mechanical performance are determined through analysis of variance and F-test. The regression model in terms of the critical design variables is constructed based on the response surfaceanalysis. Then the critical design variables are optimized from the regression model by using SQP algorithm. Opto-mechanical performance of the optimal bipod flexure mounts is verified through analysis.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.1
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pp.80-87
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2016
In this work, we conduct a thermal pointing error analysis of the observation satellites considering seasonal and daily temperature variation with interpolated temperature based on prescribed average temperature (PAT) method. Maximum 200 degree temperature excursion is applied to the observation satellites during on-orbit operation, which cause the line of sight (LOS) to deviate from the designated pointing direction due to thermo-elastic deformation. To predict and adjust such deviation, the thermo-elastic deformation analysis with a fine structural finite element model is accomplished with interpolated thermal maps calculated from the results of on-station thermal analysis with a coarse thermal model. After verifying the interpolated temperatures by PAT with two benchmark problems, we evaluate the thermal pointing error.
Surmiri, Azam;Nayebi, Ali;Rokhgireh, Hojjatollah;Varvani-Farahani, Ahmad
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.1
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pp.101-108
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2020
The present study intends to analyze damage in thin-walled steel cylinders undergoing constant internal pressure and thermal cycles through use of anisotropic continuum damage mechanics (CDM) model coupled with nonlinear kinematic hardening rule of Chaboche. Materials damage in each direction was defined based on plastic strain and its direction. Stress and strain distribution over wall-thickness was described based on the CDM model and the return mapping algorithm was employed based on the consistency condition. Plastic zone expansion across the wall thickness of cylinders was noticeably affected with change in internal pressure and temperature gradients. Expansion of plastic zone over wall-thickness at inner and outer surfaces and their boundaries demarking elastic and plastic regions was attributed to the magnitude of damage induced over thermomechanical cycles on the thin-walled samples tested at various pressure stresses.
마그네슘은 지구상에서 존재하는 금속 중 가장 가벼운 실용화 금속이다. 따라서 최근 산업 전반적으로 대두되는 경량화에 대응하는 데 중요한 소재로 각광받고 있으며 그 활용이 활발하게 추진되고 있다. 본 연구에서는 이러한 동향에 대응하는 일환으로 POSCO에서 생산되고 있는 압연 마그네슘판재를 적용하였다. 적용 대상은 철도 분야의 경량화를 위한 전장품을 선정하고, 실물 크기로 제작하였다. 제작은 두께 3.5 mm 의 판재를 사용하였으며 용접은 Friction Stir Welding 및 GTAW 를 사용하였다. 그림1에 제작이 완료된 형상을 나타낸다. 그리고 제작중의 용접과정에 대하여 3차원 열탄소성 해석을 수행하여 변형 과정에 대한 검토를 수행하였다. 그림2에 해석과정의 한 예를 나타낸다.
The use of frequency-dependent spectral element matrix (or exact dynamic stiffness matrix) in structural dynamics may provide very accurate solutions, together with drastically reducing the number of degrees of freedom to improve the computation efficiency and cost problems. Thus, this paper develops a spectral element model for the coupled thermoelastic beam which axially moves with constant speed under a uniform tension. The accuracy of the spectral element model is then evaluated by comparing the natural frequencies obtained by the present element model with those obtained by the conventional finite element model.
Fenjan, Raad M.;Ahmed, Ridha A.;Alasadi, Abbas A.;Faleh, Nadhim M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.247-257
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2019
Fee vibrational characteristics of porous steel double-coupled nanoplate system in thermo-elastic medium is studied via a refined plate model. Different pore dispersions called uniform, symmetric and asymmetric have been defined. Nonlocal strain gradient theory (NSGT) containing two scale parameters has been adopted to stablish size-dependent modeling of the system. Hamilton's principle has been adopted to stablish the governing equations. Obtained results from Galerkin's method are verified with those provided in the literature. The effects of nonlocal parameter, strain gradient, foundation parameters, porosity distributions and porosity coefficient on vibration frequencies of metal foam nanoscale plates have been examined.
In this research, the influence of the laminate stacking sequence on thermal stress distribution in symmetric composite plates with a quasi-square cutout subjected to uniform heat flux is examined analytically using the complex variable technique. The analytical solution is obtained based on the thermo-elastic theory and the Lekhnitskii's method. Furthermore, by employing a suitable mapping function, the solution of symmetric laminates containing a circular cutout is extended to the quasi-square cutout. The effect of important parameters including the stacking sequence of laminates, the angular position, the bluntness, the aspect ratio of cutout, the flux angle and the composite material are examined on the thermal stress distribution. It is found out that the circular shape for cutout may not necessarily be the optimum geometry for all stacking sequences. The finite element analysis results are used to validate the analytical solution.
Chinnapandi, Lenin Babu Mailan;Pitchaimani, Jeyaraj;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.6
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pp.829-843
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2022
This manuscript work presents a comprehensive continuum model capable to investigate the effect of porosity on vibro-acoustic behaviour of functionally graded (FG) beams resting on an elastic foundation subjected to thermal and mechanical loadings. Effects of uniform temperature rise and edge compressive load on the sound radiation characteristics are studied in a comparative manner. The numerical analysis is carried out by combining finite element method with Rayleigh's integral. Detailed parametric studies are accomplished, and influences of power law index, porosity volume, porosity distribution and boundary conditions on the vibro-acoustic response characteristics are analyzed. It is found that the vibro-acoustic response under mechanical edge compression is entirely different compared to from that under the thermal load. Furthermore, nature of grading of porosity affects the sound radiation behaviour for both the loads. The proposed model can be used to obtain the suppression performance of vibration and noise FG porous beams under thermal and mechanical loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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