The tailoring optimization technique recently developed by the author for improving structural response and energy absorption of composites is extended to sandwich shells using a previously developed zig-zag shell model with hierarchic representation of displacements. The in-plane variation of the stiffness properties of plies and the through-the thickness variation of the core properties are determined solving the Euler-Lagrange equations of an extremal problem in which the strain energy due to out-of-plane strains and stresses is minimised, while that due to their in-plane counterparts is maximised. In this way, the energy stored by unwanted out-of-plane modes involving weak properties is transferred to acceptable in-plane modes. As shown by the numerical applications, the critical interlaminar stress concentrations at the interfaces with the core are consistently reduced without any bending stiffness loss and the strength to debonding of faces from the core is improved. The structural model was recently developed by the author to accurately describe strain energy and interlaminar stresses from the constitutive equations. It a priori fulfills the displacement and stress contact conditions at the interfaces, considers a second order expansion of Lame's coefficients and a hierarchic representation that adapts to the variation of solutions. Its functional d.o.f. are the traditional mid-plane displacements and the shear rotations, so refinement implies no increase of the number of functional d.o.f. Sandwich shells are represented as multilayered shells made of layers with different thickness and material properties, the core being treated as a thick intermediate layer.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.6
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pp.732-737
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2011
The planetary gear reducer becomes more and more widely used in machine industries. The planetary gear reducer has a significant role to transmit power to wheel & tire module in the In-wheel system. Thus, the planetary gear reducer should have strong stiffness and durability. In this paper, the contact and bending stresses at the tooth of the planetary gear reducer are analyzed using MASTA, a commercial gear design and analysis software. Stress distribution at the tooth face of the sun, planetary and annulus gears are obtained using the finite element method. The design modification is performed using the response surface method. The usefulness of the design modification and optimization method presented in this paper is verified by comparing the maximum stresses of the original and optimized planetary gear tooth.
Toh, William;Tan, Long Bin;Tse, Kwong Ming;Raju, Karthikayen;Lee, Heow Pueh;Tan, Vincent Beng Chye
Steel and Composite Structures
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v.26
no.1
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pp.55-66
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2018
In this paper, the response of an underground fibreglass reinforced plastic (FRP) composite pipe system subjected to realistic loading scenarios that may be experienced by an actual buried pipeline is investigated. The model replicates an arbitrary site with a length of buried pipeline, passing through a $90^{\circ}$ bend and into a valve pit. Various loading conditions, which include effects of pipe pressurization, differences in response between stainless steel and fibreglass composite pipes and severe loss of bed-soil support are studied. In addition to pipe response, the resulting soil stresses and ground settlement are also analysed. Furthermore, the locations of potential leakage and burst have also been identified by evaluating the contact pressures at the joints and by comparing stresses to the pipe hoop and axial failure strengths.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.899-905
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2001
The damage behavior of soda-lime glass was studied due to a steel ball of 1mm and 2mm at oblique impact test. The thickness of glass specimen were 3mm and 5mm and oblique degrees of impact were 90$^{\circ}$,70$^{\circ}$ and 50$^{\circ}$. After the steel ball impact test, the crack patterns were investigated using a stereo-microscope. In addition, the finite element method was performed to analyze the stresses distribution and variation in the oblique impacted glass by steel ball. As a result of the impact test, the crack length of 90$^{\circ}$impacted glass was the largest and that of 50$^{\circ}$impacted glass was the smallest. In particular, as the impact velocity and diameter of the steel ball increased, the difference of crack length was prominent. The finite element analysis showed the maximum principle stresses distribution in contact area of glass specimen. The result of analysis was accorded with the crack growth behavior by the oblique impact test.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.9
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pp.118-124
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2002
The use of ceramic inserts in hot extrusion dies offers significant technical and economic advantages over other forms of manufacture. In this paper, process simulation and stress analysis are thus combined during the design, and a data exchange program has been developed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic deflections generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process. The shrink fit analysis has been performed that enables optimal design of the dies taking into account the elastic deflections which generated in shrink fitting the die inserts and that caused by the stresses generated in the process and by using DEFORM software for process analysis. This data can be processed as load input data for a finite element die-stress analysis. Process simulation and stress analysis are thus combined during the die design. The stress analysis of the dies is used to determine the stress conditions on the ceramic insert by considering contact and interference effects under both mechanical and thermal loads. The results are compared with the experimental ones for verification.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.1
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pp.116-122
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1988
Interfacial shear stresses have been determined for countercurrent stratified flow of air and water in a nearly-horizontal rectangular channel, based upon measurements of pressure drop, gas velocity profiles and mean film thickness. A dimensionless correlation for the interfacial friction factor has been developed as a function of the gas and liquid Reynolds numbers. Equivalent surface roughnesses for the interfacial friction factor have been calculated using the Nikuradse correlation and have been compared with the intensity of the wave height fluctuation on the interface. The results show that the interfacial shear stress is mainly affected by turbulent mixing near the interface due to the wave motion rather than by the roughened surface.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.4
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pp.409-416
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2012
Recently, surface modification technology is of importance to improve the wear resistance and the corrosive resistance for high accurate mechanical parts such as LM guide, Ball Screw and Roller Bearing etc., Those has generally featured on rolling contact mechanism to improve not only the wear and the friction, but also the accuracy and the corrosion performances. For surface modifications of high accurate mechanical parts, normally thermal spray, PVD, CVD and E.P. processes have been used with many materials such as DLC, raydent, W, Ni, Ti etc. Diamondlike carbon (DLC) films possess a combination of attractive properties and have been largely employed to modify the tribological behaviors such as friction, wear, corrosion, fretting fatigue, biocompatibility, etc. However, for rolling contact mechanism mechanical parts DLC films are needed to study for commercial benefit. Rolling contact mechanism has features on effects of cyclic motions and stresses, and also not simply sliding motions. The papers focused on the performance test of wear and corrosive resistance according to Me-DLC film thickness. And also, its thickness effect of wear analysis was carried out through the simulation of the maximum shear stress under the rolling contact surface. As the results, Me-DLC films have more potential to improve the wear resistance for high precision mechanical parts than raydent films.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1453-1459
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2011
A roller pinion gear (RPG) system composed of either a pin or a roller and its conjugated cam gear can improve the gear endurance from that of a conventional gear system by reducing the sliding contact while increasing the rolling motion. In this paper, we first proposed the exact cam gear profile and the self-intersection condition obtained when the profile shift coefficient is introduced. Then, we investigated the Hertzian contact stresses and the load stress factors while the varying the shape design parameters to predict the gear surface fatigue life, which is strongly related to the gear noise and vibration at the contact patch. The results show that the pitting life can be extended significantly by increasing the profile shift coefficient.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.19
no.4
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pp.257-268
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2003
The purpose of this study was to assess the loading distributing characteristics of implant prosthesis according to position and direction of load, under vertical and inclined loading using FEA analysis. The finite element model was designed according to standard fixture (4.1mm restorative component x 11.5mm length). The crown for mandibular first molar was made using UCLA abutment. Each three-dimensional finite element model was created with the physical properties of the implant and surrounding bone. This study simulated loads of 200N at the central fossa in a vertical direction (loading condition A), 200N at the outside point of the central fossa with resin filling into screw hole in a vertical direction (loading condition B), 200N at the centric usp in a $15^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition C), 200N at the in a $30^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition D) or 200N at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction (loading condition E) individually. Von Mises stresses were recorded and compared in the supporting bone, fixture, and abutment screw. The following results have been made based on this study: 1. Stresses were concentrated mainly at the ridge crest around implant in both vertical and oblique loading but stresses in the cancellous bone were low in both vertical and oblique loading. 2. Bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. The magnitude of the stress was greater with the oblique loading than with the vertical loading. 3. An offset of the vertical occlusal force in the buccolingual direction relative to the implant axis gave rise to increased bending of the implant. 4. The relative positions of the resultant line of force from occlusal contact and the center of rotation seems to be more important. 5. The magnitude of the stress in the supporting bone, fixture and abutment screw was greater with the outward oblique loading than with the inward oblique loading and was the greatest under loading at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction. Conclusively, this study provides evidence that bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. But it seems to be more important that how long is the distance from center of rotation of the implant itself to the resultant line of force from occlusal contact(leverage). The goal of improving implants should be to avoid bending of the implant.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.21
no.1
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pp.1-14
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2005
The purpose of this study was to assess the loading distributing characteristics of implant prosthesis of internal connection system(ITI system) according to position and direction of load, under vertical and inclined loading using finite element analysis (FEA). The finite element model of a synOcta implant and a solid abutment with $8^{\circ}$ internal conical joint used by the ITI implant was constructed. The gold crown for mandibular first molar was made on solid abutment. Each three-dimensional finite element model was created with the physical properties of the implant and surrounding bone. This study simulated loads of 200N at the central fossa in a vertical direction (loading condition A), 200N at the outside point of the central fossa with resin filling into screw hole in a vertical direction (loading condition B), 200N at the centric cusp in a $15^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition C), 200N at the in a $30^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition D) or 200N at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction (loading condition E) individually. Von Mises stresses were recorded and compared in the supporting bone, fixture, and abutment. The following results have been made based on this study: 1. Stresses were concentrated mainly at the ridge crest around implant under both vertical and oblique loading but stresses in the cancellous bone were low under both vertical and oblique loading. 2. Bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. The magnitude of the stress was greater with the oblique loading than with the vertical loading. 3. An offset of the vertical occlusal force in the buccolingual direction relative to the implant axis gave rise to increased bending of the implant. So, the relative positions of the resultant line of force from occlusal contact and the center of rotation seems to be more important. 4. In this internal conical joint, vertical and oblique loads were resisted mainly by the implant-abutment joint at the screw level and by the implant collar. Conclusively, It seems to be more important that how long the distance is from center of rotation of the implant itself to the resultant line of force from occlusal contact (leverage). In a morse taper implant, vertical and oblique loads are resisted mainly by the implant-abutment joint at the screw level and by the implant collar. This type of implant-abutment connection can also distribute forces deeper within the implant and shield the retention screw from excessive loading. Lateral forces are transmitted directly to the walls of the implant and the implant abutment mating bevels, providing greater resistance to interface opening.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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