An equivalent friction element is proposed to simulate the friction in cable-strut joints. Equivalent stiffness matrixes and load vectors of the friction element are derived and are unified into patterns for FEM by defining a virtual node specially to store internal forces. Three approaches are described to verify the rationality of the new equivalent friction element: applying the new element in a cable-roller model, and numerical solutions match well with experimental results; applying the element in a continuous sliding cable model, and theoretical values, numerical and experimental results are compared; and the last is applying it in truss string structures, whose results indicate that there would be a great error if the cable of cable supported structures is simulated with discontinuous cable model which is usually adopted in traditional finite element analysis, and that the prestress loss resulted from the friction in cable-strut joints would have adverse effect on the mechanical performance of cable supported structures.
The effect of element interaction and material nonlinearity on the ultimate capacity of stainless steel plated cross-sections is investigated in this paper. The focus of the research lies in cross-sections failing by local buckling; member instabilities, distortional buckling and interactions thereof with local buckling are not considered. The cross-sections investigated include rectangular hollow sections (RHS), I sections and parallel flange channels (PFC). Based on previous finite element investigations of structural stainless steel stub columns, parametric studies were conducted and the ultimate capacity of the aforementioned cross-sections with a range of element slendernesses and aspect ratios has been obtained. Various design methods, including the effective width approach, the direct strength method (DSM), the continuous strength method (CSM) and a design method based on regression analysis, which accounts for element interaction, were assessed on the basis of the numerical results, and the relative merits and weaknesses of each design approach have been highlighted. Element interaction has been shown to be significant for slender cross-sections, whilst the behaviour of stocky cross-sections is more strongly influenced by the material strain-hardening characteristics. A modification to the continuous strength method has been proposed to allow for the effect of element interaction, which leads to more reliable ultimate capacity predictions. Comparisons with available test data have also been made to demonstrate the enhanced accuracy of the proposed method and its suitability for the treatment of local buckling in stainless steel cross-sections.
Kim, Ji-Hyeon;Han, Jun-Su;Bae, Byung-Hwan;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe
Composites Research
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v.28
no.4
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pp.212-218
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2015
A large composite spar was manufactured using an automatic fiber placement (AFP) machine. To verify its structural performance, the weakest part of the structure, which is called 'corner radius', was tested under bending and examined by finite element analysis. Since the application of AFP machine to composite structure fabrication is still in early stage in Korea, this paper presents the summary of whole process for manufacturing composite spar using AFP machine from mandrel design and analysis to verification test. The deflection and stress by mandrel weight and AFP machine force, thermal deformation and natural frequency were all examined for mandrel design. The target structure was composite C-spar and cured in an autoclave. Test results were compared with nonlinear finite element analysis results to show that the structure has the strength close to the theoretical value. It was confirmed that the corner radius of the spar manufactured by AFP process showed deviation less than 20% compared with first ply failure strength. The results indicate that the AFP technology could be used for large scale composite structure production in the near future.
PIC (Piecewise Integrated Composite) is a new concept for designing a composite structure with mosaically assigning various types of stacking sequences in order to improve mechanical properties of laminated composites. Also, machine learning is a sub-category of artificial intelligence, that refers to the process by which computers develop the ability to continuously learn from and make predictions based on data, then make adjustments without further programming. In the present study, the tapered box beam type PIC robot arm for carrying and transferring wide and thin LCD display was designed based on the machine learning in order to increase structural stiffness. Essential training data were collected from the reference elements, which were intentionally designated elements among finite element models, during preliminary FE analysis. Additionally, triaxiality values for each finite element were obtained for judging the dominant external loading type, such as tensile, compressive or shear. Training and evaluating machine learning model were conducted using the training data and loading types of elements were predicted in case the level accuracy was fulfilled. Three types of stacking sequences, which were to be known as robust toward specific loading types, were mosaically assigned to the PIC robot arm. Henceforth, the bending type FE analysis was carried out and its result claimed that the PIC robot arm showed increased stiffness compared to conventional uni-stacking sequence type composite robot arm.
The ultrasonic motor used here is the windmill type ultrasonic motor operated by single-phase AC source. A metal-ceramic composite component was used as the stator element to generate ultrasonic vibrations. The windmill type ultrasonic motors has only three components; a stator element of two wind-mill shape slotted metal endcaps, a rotor and a bearing. In this paper we proposed a system for torque measurement of piezoelectric ultrasonic motor.
Kim, Se-Hun;Cho, Seok-Min;Lee, Dong-Weon;Park, Young-Chul;Kang, Joung-Ho
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.7
no.4
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pp.24-30
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2008
The laminate IPMC actuator have been developed with a commercial Nafion film and platinum electrodes. Equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. By using a beam equation with estimated physical properities and actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator are estimated. And Finite element analysis(FEA) was done by ANSYS.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.423-427
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1997
Recently, distributed piezoelectric actuators have drawn attention due to their potential applicability within smart structures. Because they serve not only as active components but also passive components, it is difficult to estimate their characteristics accurately. In this study a finite element method based on layerwise theory has been formulated to analyze the characteristics of the distributed piezoelectric actuators. The present method has the capability to describe more refined strain distribution and more realistic boundary conditions.
There are many railway structures which were designed without conidering aseismic capacity. In special, masonry structures constructed long time ago should be reviewed about their resistance to earthquake. In this paper, technique to evaluate the capacity of masonry railway bridge is tried to develop by means of FEM analysis. In general FEM analysis program, 3-D solid element is used for masonry structures and response spectrum analysis procedure is tried. In addition, 3-D solid element has material properties equivalent to mortar-brick composite body. Used FEM program is ABAQUS-CAE.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1999.11a
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pp.300-302
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1999
The standing waves of the fourth bending mode of vibration and first longitudinal mode of vibrator were utilized to construct a ultrasonic linear motor. The geometrical dimensions of the vibrator were determined by Euler-Bernoulli theoty. FEM(finite element method) employed to calculate the vibration mode of the metal-piezoceramic composite thin plate vibrator. ANSYS was used to design positions of the projections and calculate displacement of vibrator.
The paper considers the free vibration analysis of FGM grid systems. Up to now, very little work has been done on this type of system and the paper aspires to fill this gap. Based on the hybrid-stress finite element formulation free vibration solutions for FGM grid systems of various aspect ratios, different types of gradations functions, and support conditions are determined. The tabulation of these results, not available thus far, should be useful to designers and researchers who may use them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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