This paper presents an efficient modeling system of virtual pottery in which the user can deform a body of virtual clay with a haptic tool for E-learning. We propose a Circular Sector Element Method (CSEM) which represents the virtual pottery with a set of circular sector elements based on the cylindrical symmetry of pottery. Efficient algorithms for collision detection and response, interactions between adjacent elements, and GPU-based visual-haptic synchronization are designed and implemented for the CSEM. Empirical evaluation showed that the modeling system is computationally efficient with finer details and provides convincing model deformation and force feedback. The developed system, if combined with educational contents, is expected to be used as an effective E-learning platform for elementary school students.
Park, Chang Kyu;Kim, Won Jae;Kim, Tae Woo;Lee, Jin Wook;Baek, Jong Eun;Lee, Hyun Jong
International Journal of Highway Engineering
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v.20
no.3
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pp.27-37
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2018
PURPOSES : The objective of this study is to develop a pavement rehabilitation decision tree considering current pavement condition by evaluating severity and distress types such as roughness, cracking and rutting. METHODS : To improve the proposed overall rehabilitation decision tree, current decision tree from Korea and decision trees from other countries were summarized and investigated. The problem when applying the current rehabilitation method obtained from the decision tree applied in Seoul was further analyzed. It was found that the current decision trees do not consider different distress characteristics such as crack type, road types and functions. Because of this, different distress values for IRI, crack rate and plastic deformation was added to the proposed decision tree to properly recommend appropriate pavement rehabilitation. Utilizing the 2017 Seoul pavement management system data and considering all factors as discussed, the proposed overall decision tree was revised and improved. RESULTS :In this study, the type of crack was included to the decision tree. Meanwhile current design thickness and special asphalt mixture were studied and improved to be applied on different pavement condition. In addition, the improved decision tree was incorporated with the Seoul asphalt overlay design program. In the case of Seoul's rehabilitation budget, rehabilitation budget can be optimized if a 25mm milling and overlay thickness is used. CONCLUSIONS:A practical and theoretical evaluation tool in pavement rehabilitation design was presented and proposed for Seoul City.
The head frame structure of a machine tool for aircraft parts, which requires machining precision and machining of difficult-to-cut materials is required to be light-weighted for precision high-speed machining and to minimize possible deformation by cutting force. To achieve high stiffness and for light-weight structure optimization design, a preliminary model was designed based on finite element analysis. The topology optimization design of light-weight, high stiffness, and low vibration frame structure were performed by minimizing compliance. As a result, the frame weight decreased by 17.3%, the maximum deflection was less than 0.007 mm, and the natural frequency increased by 30.6%. The static stiffness was increased in each axis direction and the dynamic stiffness exhibited contrary results according to the axis. Optimized structure with the high stiffness of low vibration in topology optimization design was confirmed.
Cracking and bulging in welded and internally lined pressure vessels that work in thermal-mechanical cycling service have been well known problems in the petrochemical, power and nuclear industries. However, published literature and industry surveys show that similar problems have been occurring during the last 50 years. A better understanding of the causes of cracking and bulging causes is needed to improve the reliability of these pressure vessels. This study attempts to add information required for increasing the knowledge and fundamental understanding required. Typical examples of this problem are the coke drums in the delayed coking units refinery process. This case was selected for experimental work, field study and results comparison. Delayed coking units are among the refinery units that have higher economical yields. To shut down these units represents a high negative economical impact in refinery operations. Also, the maintenance costs associated with repairs are commonly very high. Cracking and bulging occurrences in the coke drums, most often at the weld areas, characterize the history of the operation of delayed coking units. To design and operate more robust coke drums with fewer problems, an improved metallurgical understanding of the cracking and bulging mechanisms is required. A methodology that is based field experience revision and metallurgical analyses for the screening of the most important variables, and subsequent finite element analyses to verify hypotheses and to rank the variables according to their impact on the coke drum lives has been developed. This indicated approach provides useful information for increasing coke drum reliability. The results of this work not only order the most important variables according to their impact in the life of the vessels, but also permit estimation of the life spans of coke drums. In conclusion, the current work shows that coke drums may fail as a combination of thermal fatigue and other degradation mechanisms such as: corrosion at high and low temperatures, detrimental metallurgical transformations and plastic deformation. It was also found that FEA is a very valuable tool for understanding cracking and bulging mechanisms in these services and for ranking the design, fabrication, operation and maintenance variables that affect coke drum reliability.
Jung, Hyung-Sup;Lee, Chang-Wook;Park, Wook;Kim, Sang-Wan;Nguyen, Van Trung;Won, Joong-Sun
Proceedings of the KSRS Conference
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2007.10a
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pp.629-632
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2007
While conventional interferometric SAR (InSAR) technique is an excellent tool for displacement observation, it is only sensitive to one-dimensional deformation along the satellite's line-of-sight (LOS). Recently, a multiple aperture interferogram (MAI) technique has been developed to overcome this drawback. This method successfully extracted along-track displacements from InSAR data, based on split-beam InSAR processing, to create forward- and backward- looking interferograms, and was superior to along-track displacements derived by pixel-offset algorithm. This method is useful to measure along-track displacements. However, it does not only decrease the coherence of MAI because three co-registration and resampling procedures are required for producing MAI, but also is confined to a suitable interferometric pair of SAR images having zero Doppler centroid. In this paper, we propose an efficient and robust method to generate MAI from interferometric pair having non-zero Doppler centroid. The proposed method efficiently improves the coherence of MAI, because the co-registration of forward- and backward- single look complex (SLC) images is carried out by time shift property of Fourier transform without resampling procedure. It also successfully removes azimuth flat earth and topographic phases caused by the effect of non-zero Doppler centroid. We tested the proposed method using ERS images of the Mw 7.1 1999 California, Hector Mine Earthquake. The result shows that the proposed method improved the coherence of MAI and generalized MAI processing algorithm.
This paper is concerned with joining of thin metal sheets by single stroke clinching process. This method has been used in sheet metal work as it is a simple process and offers the possibility of joining similar-dissimilar thin sheet metals. Clinching generates a joint by overlapping metal sheets deforming plastically by punching and squeezing sequence. AA 5754 aluminum alloy of 0.5 mm thick sheets have been selected as a modal material and the process has been simulated under different process conditions and the results have been analyzed in terms of the quality of clinch joints which are influenced mainly by tool geometries. The rigid-plastic finite element method is applied to analyses in this paper. Analysis is focused mainly on investigation of deformation and material flow patterns influenced by major geometrical parameters such as die diameter, die depth, groove width, and groove corner radius, respectively. To evaluate the quality of clinch joints, four controlling or evaluation parameters have been chosen and they are bottom, neck thickness of bottom and top sheets, and undercut thickness, respectively. It has been concluded from the simulation results that the die geometries such as die depth and diameters are the most decisive process parameters influencing on the quality of clinch joints, and the bottom thickness is the most important evaluation parameter to determine if the quality of clinch joints satisfies the demand for industrial application.
Based on the heterogeneous characterization of concrete at mesoscopic level, Realistic Failure Process Analysis ($RFPA^{3D}$) code is used to simulate the failure process of concrete-filled tubular (CFT) stub columns. The results obtained from the numerical simulations are firstly verified against the existing experimental results. An extensive parametric study is conducted to investigate the effects of different concrete strength on the behaviour and load-bearing capacity of the CFT stub columns. The strength of concrete considered in this study ranges from 30 to 110 MPa. Both the load-bearing capacity and load-displacement curves of CFT columns are evaluated. In particular, the crack propagation during the deformation and failure processes of the columns is predicted and the associated mechanisms related to the increased load-bearing capacity of the columns are clarified. The numerical results indicate that there are two mechanisms controlling the failure of the CFT columns. For the CFT columns with the lower concrete strength, they damage when the steel tube yields at first. By contrast, for the columns with high concrete strength it is the damage of concrete that controls the overall loading capacity of the CFT columns. The simulation results also demonstrate that $RFPA^{3D}$ is not only a useful and effective tool to simulate the concrete-filled steel tubular columns, but also a valuable reference for the practice of engineering design.
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.
It is generally accepted that material heterogeneity has a great influence on the deformation, strength, damage and failure modes of rock. This paper presents numerical simulation on rock failure process based on the characterization of rock heterogeneity by using a digital image processing (DIP) technique. The actual heterogeneity of rock at mesoscopic scale (characterized as minerals) is retrieved by using a vectorization transformation method based on the digital image of rock surface, and it is imported into a well-established numerical code Rock Failure Process Analysis (RFPA), in order to examine the effect of rock heterogeneity on the rock failure process. In this regard, the numerical model of rock could be built based on the actual characterization of the heterogeneity of rock at the meso-scale. Then, the images of granite are taken as an example to illustrate the implementation of DIP technique in simulating the rock failure process. Three numerical examples are presented to demonstrate the impact of actual rock heterogeneity due to spatial distribution of constituent mineral grains (e.g., feldspar, quartz and mica) on the macro-scale mechanical response, and the associated rock failure mechanism at the meso-scale level is clarified. The numerical results indicate that the shape and distribution of constituent mineral grains have a pronounced impact on stress distribution and concentration, which may further control the failure process of granite. The proposed method provides an efficient tool for studying the mechanical behaviors of heterogeneous rock and rock-like materials whose failure processes are strongly influenced by material heterogeneity.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.18
no.1
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pp.116-121
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2009
Thermosonic flip chip bonding is an important technology for the electronic packaging due to its simplicity, cost effectiveness and clean and dry process. Mechanical properties of the horn and the shank, such as the natural frequency and the amplitude, have a great effect on the bonding capability of the transverse flip chip bonding system. In this research, two kinds of study are performed. The first is the new design of the clamp and the second is the effect of tolerance parameters to the performance of the system. The clamp with a bent shape is newly designed to hold the nodal point of the flip chip. The second is the effect of the design parameters on the vibration amplitude and planarity at the end of the shank. The variation of the tolerance parameters changes the amplitude and the frequency of the vibration of the shank. They, in turn, have an effect on the quantity of the plastic deformation of the gold ball bump, which determined the quality of the flip chip bonding. The tolerance parameters that give the great effect on the amplitude of the shank are determined using Taguchi's method. Error of set-up angle, the length and diameter of horn and error of the length of the shank are determined to be the parameters that have peat effect on the amplitude of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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