Seung-Woo Kim;Jung-Woo Song;Jun-Pyo Hong;Jong-Hoon Kang
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.21-28
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2023
This study focuses on the analysis of slewing ball bearings in wind turbines. Slewing bearings have an outer diameter of several meters, and hundreds of balls are in contact with the raceway. Due to the large number of balls and raceway contact conditions, it is difficult to accurately analyze contact stresses using general analysis techniques. To analyze the contact stress of a slewing ball bearing, the sub-modeling method is applied, which is a technique that first analyzes the displacement of the entire model and then analyzes the local stress at the point of maximum displacement. In order to reduce the displacement analysis time of the entire ball bearing, the technique of replacing the ball with a nonlinear spring is adopted. The analytical agreement of the simplified model was evaluated by comparing it with a solid mesh model of the ball for three models with different spring attachment methods. It was found that for the condition where a large turnover moment is applied to the bearing, increasing the number of spring elements gives the closest results to modeling the ball with a solid mesh.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.3
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pp.165-175
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2008
An ankle-foot orthosis(AFO) is a brace for persons with gait disabilities to support or replace the function of ankle joint. Ankle-foot orthoses(AFO's) are usually prescribed to alleviate the drop-foot by constraining the excessive plantar flexion. The shape and the strength of the AFO are often based on 'trial and error' due to a lack of knowledge of the stress distribution in the AFO. In this study, an improved stress-freezing method was proposed to measure the stress distribution characteristics in the AFO. As a result, a photoelastic material with low freezing temperature was developed to measure the stresses under a person's direct contact loading condition. The three-dimensional stress-1rozen photoelastic models of AFO's for five stages of stance phase such as heel contact, foot flat, mid stance, heel off, and toe off were produced. The results of photoelastic analysis revealed that the stresses developed in the AFO were varied considerably from tensile to compressive or vice versa, during walking. At the posterior part of ankle joint in the AFO, the maximum compressive stress of 1.81MPa was observed in the mid stance, and the maximum tensile stress of 0.74MPa was observed during heel contact. The overall stress levels in the AFO's were low in the toe off phase. The results suggested that the posterior part of ankle joint might be the most fragile part in the AFO.
The purpose of this study was to investigate stresses in the various components of fixed partial dentures restoring the posterior teeth of the lower jaw, and to measure quantitatively the effects of certain modifications in structural design on the stresses in the restorations using two-dimensional photoelasticity. Two-dimensional photoelastic methods were used in this study. Several models of fixed partial dentures were constructed. Shoulder less margins and anatomic occlusal reduction were incorporated in Model 1. Rounded shoulders and flat occlusal reduction were incorporated in Model 2, while Model 3 was a cantilever fixed partial denture. Other similar fixed partial dentures were constructed with V and U notches deliverately included in the region of the fixed joints for comparative reasons. The birefringent materials used in this study were PSM-1 and PSM-5 in standard sheets. PSM-1 was used for constructing the substructure, and PSM-5 was used in making the components of the fixed partial dentures. The two materials were used in the construction of composite photoelastic models. Improved artificial stone was used to represent dental cement in luting the composite photoelastic models. Static loading procedures were used at preplanned sites to represent occlusal loads in the mouth. 35 mm color and B/W film were used to record isochromatics in accordance with photoelastic procedures. Data reduction was performed using the grid method, which helped in, the mathematical integration procedure (Shear difference method) to separate the principal stresses. The results were as follows. 1. Fixed partial dentures do not function in bending as a symmetrical beam. Alternate areas of tension and compression were demonstrated when multiple contact loading was used. 2. The weakest part in posterior fixed partial dentures is the fixed joint. 3. (1) Models I and modified Model I were loaded on the pontic using a 50 pound vertical static load. The shear stress near the posterior fixed joint in Model 1 (U notches) was+129.4 p.s.i., and at the same fixed joint in modified Model 1 (V notches) was+239.4 p.s.i. The concentration of stress in fixed joint was reduced by 50% when U notches replaced the V notches. (2) Modified Model 2 was loaded using a multiple contact loader at a total load of 125 pounds. The difference between the principal stresses (${\sigma}_1-{\sigma}_2$), shear stress, at the V notches was+600 p.s.i., and at the U notches was+3l7 p.s.i. The shear stress was reduced by 50% when U notches replaced the V notches. V-grooves at the fixed joints should be avoided, and should be replaced by regular shaped U-grooves. 4. Cantilever fixed partial dentures had much higher stresses at the fixed joint than fixed partial dentures that were attached at both ends.
In this paper, comparisons are presented on the predicted tensile strains which can affect the fatigue life of a thin asphalt concrete (AC) pavement near the surface of pavement from three-dimensional (3D) finite element (FE) using 3D measured tire contact stresses of a radial tire and a bias ply tire and a layered linear elastic program (BISAR). The objective was to analyze the stress distributions for a 11R22.5 radial tire and a $10{\times}20$ bias ply tire, and to compare the predicted tensile strains at the top and bottom of AC surface using different analysis methods. The results show that the stress distributions of two tires are similar but the 11R22.5 radial tire has much higher vertical contact stress than that of the $10{\times}20$ bias ply tire. The predicted tensile strains at the bottom of AC layer under the center of tire showed higher value by BM (BISAR with the measured contact area) method, which the measured tire contact area is used in a layered elastic program, while the tensile strain at the top of AC surface of 3.5cm offset distance from tire edge by 3D FE analysis showed the highest values among three analysis methods.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.78-85
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2020
The scaffolding system, which is a construction workbench of the cargo containment for a membrane LNG carrier, is a large truss structure composed of various members. To shorten the installation period and process of the scaffolding system, it is effective to enlarge the mounting unit from the existing two stages to eight stages. Owing to the increase in lifting load according to the large size of the module, the stresses around the pin and hole will be increased significantly. In this study, a tensile strength test and contact stress analysis were performed to confirm the structural safety. The relatively large hole deformation was observed visually near the average load generated in the vertical pipe at the top through tensile strength tests. A contact stress calculation confirmed the stress distribution around the hole. The contact problem was dealt with in terms of the Herzian contact stress. The possibility of 8-stage loading was examined by comparing the yield strength and contact stresses of failure critical locations. As a result, the 8-stage loading method of the existing scaffolding material was inadequate, and a new loading method with proper safety is proposed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2003.11a
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pp.118-126
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2003
In the present study, the residual stresses can have a significant on the life of structural engineering components. Residual stresses are created by the surface treatment such as shot peening or deep rolling. The objective of this experimental investigation is to study the influence of friction and wear characteristics due to residual stress under dry sliding condition. Friction and wear data were obtained with a specially designed tribometer. Test specimens were made of SUP9(leaf spring material) after they were created residual stress by shot peening treatment. Residual stress profiles were measured at surface by means of the X-ray diffraction. Sliding tests were carried out different contact pressure and same sliding velocity 0.035m/s(50rpm). Leaf spring assembly test used to strain gauge sticked on leaf spring specimen in order to measure interleaf friction of leaf spring. Therefore, we were obtained hysteresis curve. As the residual stresses of surfaces increased, coefficient of friction and wear volume are decreased, but the residual stresses of surfaces are high, and consequently wear volume do not decreased. Coefficient of friction obtained from leaf spring assembly test is lower than that obtained from sliding test. From the results, structural engineering components reduce coefficient of friction and resistant wear in order to have residual stresses themselves.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.6
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pp.1784-1797
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1996
The disk/blade assembly of a turbine engine is made in the shape of a dovetail type or a fir-tree type. Since disk fillet regions or contact surfaces undergo high stress comcentration, fatigue cracks frequentrly occur in the disk/blade assembly. Therefore, it is necessary to analyze the stress distributions in the fir-tree type disk/balde assembly and predict the region of fatigue failure. The stress distributions of the disk/blade assembly were investigated by using the photoelastic method and the finite element method. Two dimensional photoelastic techniques were used to investigate the stress distributions of contact surfaces and fillet regions. TH stress distributions were obtained by the shear-difference method and were compared to the finite element results. It was found that maximum tensile stresses were higher in the fillet region thatn in the contact surfaces of the fir-tree models. The finite element results showed good agreement with the experimental results.
Seo, Jung-Won;Lee, Dong-Hyong;Ham, Young-Sam;Kwon, Sung-Tae;Kwon, Seok-Jin;Cho, Ha-Yong
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.613-620
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2012
Rails are subjected to damage from rolling contact fatigue, which leads to defects such as cracks. Rolling contact fatigue damages on the surface of rail such as head check, squats are one of growing problems. Another form of rail surface damage, known as "Ballast imprint" has become apparent. This form of damage is associated with ballast particles becoming trapped between the wheel and the surface of rail. These defects are still one of the key reasons for rail maintenance and replacement. In this study, we have investigated whether the ballast imprint is an initiator of head check type cracks and effect of defect size using Finite element analysis. The FE analysis were used to investigate stresses and strains in subsurface of defects according to variation of defect size. Based on loading cycles obtained from FE analysis, fatigue analysis for each point was carried out.
Kim, Ho-Soo;Kim, Dong-Kwan;Won, Tae-Ho;Jeon, Geon-Woo
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.41-50
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2019
The stone pagoda continued to be damaged by weathering and corrosion over time, and natural disasters such as earthquake are accelerating the destruction of cultural properties. Stone pagoda has discontinuous structure behavior and is very vulnerable to the seismic load acting in lateral direction. It is necessary to analyze various design variables as the contact surface characteristics play an important role in the dynamic behavior of stone pagodas. For this purpose, contact surface characteristics of stone pagoda can be classified according to surface roughness and filler type, and representative model is selected and structural modeling and analysis are performed using the discrete element method. Also, the seismic load according to the repetition period is calculated and the dynamic analysis is performed considering the discontinuous characteristics of the stone pagoda. Finally, the seismic behavior characteristics can be analyzed by the evaluation of stresses, displacements and structural safety.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.2
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pp.298-309
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1990
In this paper, a new method is suggested to analyze impulsive stresses at loading poing of concentrated impact load under certain impact conditions determined by impact velocity, stiffness of plate and mass of impact body, etc. The impulsive stresses are analyzed by using the three dimensional dynamic theory of elasticity so as to analytically clarify the generation phenomenon of cone crack at the impact fracture of fragile materials (to be discussed if the second paper). The Lagrange's plate theory and Hertz's law of contact theory are used for the analysis of impact load, and the approximate equation of impact load is suggested to analyze the impulsive stresses at the impact point to decide the ranage of impact load factor. When impact load factors are over and under 0.263, approximate equations are suggested to be F(t)=Aexp(-Bt)sinCt and F(t)=Aexp(-bt) {1-exp(Ct)} respectively. Also, the inverse Laplace transformation is done by using the F.F.T.(fast fourier transform) algorithm. And in order to clarity the validity of stress analysis method, experiments on strain fluctuation at impact point are performed on a supported square glass plate. Finally, these analytical results are shown to be in close agreement with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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