Flexible pavement responses to vehicular loading, such as critical stresses and strains, in each pavement layer, could be predicted by the multilayered elastic analysis. However, multilayered elastic theory suffers from major drawbacks including spatial dimension of a numerical model, material properties considered in the analysis, boundary conditions, and ill-presentation of tire-pavement contact shape and stresses. To overcome these shortcomings, three-dimensional finite element (3D FE) models are developed and numerical analyses are conducted to calculate pavement responses to moving load in this study. This paper introduces a methodology for an effective 3D FE to simulate flexible pavement structure. It also discusses the mesh development and boundary condition analysis. Sensitivity analyses of flexible pavement response to loading are conducted. The infinite boundary conditions and time-dependent history of calculated pavement responses are considered in the analysis. This study found that the outcome of 3D FE implicit dynamic analysis of flexible pavement that utilizes appropriate boundary conditions, continuous moving load, viscoelastic hot-mix asphalt model is comparable to field measurements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1005-1011
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2016
The fundamental reason for gear noise is transmission error. Transmission error occurs because of STE (static transmission error) and DTE (dynamic transmission error), while a pair of gears is meshing. These errors are generated by the deflection of the teeth and the friction on the surface of the teeth. In addition, the vibration generated by transmission error leads to excited bearings. The bearings support the shafts, and the noise is radiated after exciting the gear casing. The analysis of the contact stress in helical gear tooth flanks indicates that it is due to impact loading, such as the sudden engagement and disengagement of a gear. Stress analysis is performed for different roll positions, in order to determine the most critical roll angle. Dynamic analysis is performed on this critical roll position, in order to evaluate variation in stresses and tooth contact force, with respect to time. In this study, transmission error analysis was implemented on a spur and helical gear with involute geometry and a modified geometry profile. In addition, in order to evaluate the intensity of impact due to sudden engagement and significant backlash, the impact factor was calculated using the finite element analysis results of static and dynamic maximum bending stresses.
Shear wave velocity of uncemented soil can be expressed as the function of effective stresses when capillary phenomena are negligible. However, the terms of effective stresses are divided into the direction of wave propagation and polarization because stress states are generally anisotropy. The shear wave velocities are affected by ${\alpha}$ parameters and ${\beta}$ exponents that are experimentally determined. The ${\beta}$ exponents are controlled by contact effects of particulate materials (sizes, shapes, and structures of particles) and the ${\alpha}$ parameters are changed by contact behaviors among particles, material properties of particles, and type of packing (i.e., void ratio and coordination number). In this study, consolidation tests are performed by using clay, mica and sand specimens. Shear wave velocities are measured during consolidation tests to investigate the stress-induced and inherent anisotropies by using bender elements. Results show the shear wave velocity depends on the stress-induced anisotropy for round particles. Furthermore, the shear wave velocity is dependent on particle alignment under the constant evvective stress. This study suggests that the shear wave velocity and the shear modulus should be carefully estimated and used for the design and construction of geotechnical structures.
Anisotropic characteristics of deformation are important to understand the particular behavior in the pre-failure state of soils. Recent experiments show that cross-anisotropic moduli of granular soils can be expressed by functions of normal stresses in the corresponding directions, which is closely linked to micromechanical characteristics of particles. Granular soils are composed of a number of particles so that the force-displacement relationship at each contact point governs the macroscopic stress-strain relationship. Therefore, the micromechanical approach in which the deformation of granular soils is regarded as a mutual interaction between particle contacts is one of the best ways to investigate the anisotropic elastic deformation of soils. In this study, a numerical program based on the theory of micromechanics is developed. Generalized contact model for the irregular contact surface of soil particles is adopted to represent the force-displacement relationship in each contact point far the realistic prediction of anisotropic moduli. To evaluate the model parameters, a set of analytical solutions of anisotropic elastic moduli is derived in the isotropic stress condition. A detailed procedure to determine the model parameters is proposed with emphasis on the practical applicability of micromechanical program to analyze the elastic behavior of the granular soils.
In this paper, the finite element analysis of a valve screw for a LPG cylinder has been presented on the leakage safety and strength one, which are computed and investigated by a contact normal stress and von Mises stress between a female screw of a valve and a male screw of a neck ring in a LPG bombe. The LP gas charging pressure of a LPG bombe is $8{\sim}9kg/cm^2$, which is pressurized to the screw sealing contact areas between a valve and a LP gas cylinder. The peak failures of the screw tooth height due to a scratch wear and chipping loss of the contact area may decrease screw tooth strength and increase a leakage of a LP gas. These are strongly affect to the contact normal and von Mises stresses of the valve screws. The FEM computed results show that the tooth height loss due to a wear and chipping failure of the screw peak does not affect to the LP gas leak and strength of a valve screw theoretically. But if the tooth wear of the screw height of a brass valve overpasses the critical strength safety of the valve, the valve screw may be failed in fastening the valve and a LP gas bombe suddenly.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1947-1955
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2013
The purpose of this paper is to present an photoelasticity technique for measuring the displacement and stress distribution in particle assembly subjected to shallow foundation loading. Photoelastic measurement technique was employed to visualize the force transmission of a particle assembly. A model assembly bounded by a steel frame was built by stacking bi-dimensional circular particles made of polycarbonate elastomer. Each particle was coated by a thin photoelastic sheet so that the force transmission represented by bright light stripes can be visualized. In a contacted particle, both magnitude and orientation of principal stress difference can also be measured via the photoelasticity technique. The different distributions of the contact stresses at the initial loading and near the failure were quantitatively compared. The photoelastic patterns and displacement fields observed in the pre-failure state disappears immediately after the buckling of confined force chains.
Kim, Hong-Gon;Jo, Yeon-Ju;Kim, Chul-Soo;Han, Yong-Ho;Kim, Dae-Cheol
Journal of Biosystems Engineering
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v.41
no.1
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pp.1-11
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2016
Purpose: The gear strength of a new mechanical transmission designed to increase the loading weight of small 4.8 kW tracked agricultural transporters was analyzed. Design improvements to increase the gear strength and reduce the gear weight were proposed after examining the parameters. Methods: Sixteen operators from three regions were surveyed to obtain the usage profile of small 4.8 kW transporters. Gear strength was evaluated by calculating contact stress and tooth root stress using commercial software following ISO 6336. Results: From the strength calculation for each gear pair, contact stress smaller than tooth root stresses were produced in all gear pairs. The safety factors in most cases exceeded 1.0, except in the case of gear pair II in group II. The design life of the transporter using gear pair II in group II was 42% under harsh conditions-thus, this design life needs improvement. A robust design was proposed by examining the relevant parameters (face width and profile shift coefficient) to increase the design life of the transporter. In addition, a lightweight design for gear pair I in group II that was considered overdesigned was proposed by examining the face width to reduce the weight of the drive gear by 42% and that of the driven gear by 30%. Conclusions: The Safety factor for the design life was examined through a gear strength analysis. After examining the relevant parameters, conditions for strength improvement were proposed to increase design life or adjust overdesigned gear. However, load conditions differ depending on the working conditions or user's preferences; therefore, it is necessary to conduct further studies in various regions.
Kim, Sang-Kyum;Kim, Tae-Woo;Kim, Do-Kyung;Lee, Kee-Sung
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.42
no.8
s.279
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pp.554-560
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2005
The engineering ceramic needs the properties of high strength, hardness, corrosion-resistance and heat-resistance in order to withstand thermal shock or applied nonuniform stresses without failure. The densely coated porous ceramics can be used for machine component, electromagnetic component, bio-system component and energy-system component by their high-performances from superior coating properties and light-weight characteristics due to the structure including pore by itself. In this study we controlled the porosity of silica and alumina, $8.2\~25.4\%$ and $23.4\~36.0\%$, respectively, by the control of sintering temperature and starting powder size. We made bilayer structures, consisting of a transparent glass coating layer bonded to a thick substrate of different porous ceramics by a thin layer of epoxy adhesive, facilitated observations of crack initiation and propagation. The elastic modulus mismatch could be controlled using different porous ceramics as the substrate layer. Then we applied 150 N force using WC sphere with a radius of 3.18 mm by Hertzian indentation. As a result, the crack initiation in the coating layer was delayed at lower porosity in the substrate layer, and the damage in the coating layer was relatively smaller at the bilayer structure coated on higher elastic substrate.
Non-pneumatic wheels have been widely used instead of general tube type wheels beause of many reasons, for example, wheel size, price restriction, heavy-duty problem and so on. Almost small size wheels or casters were non-pneumatic type but structural stability was not certified. This paper presents a double structured non-pneumatic wheel, called "smart caster", which consisted with inner and outer wheels connected by chips, and finite element analysis processes were conducted in order to determine important dwsign factors before actual design for mass production. For structural analysis ABAQUS was used under various boundary conditions with incrementally varied loads until 2,000N. Then structural staility was evaluated according to varied loads below ultimate stress. Generally stresses were concentrated at the lower parts of the wheel, and especially contact parts between wheel and ground. In addition, maximum stress appeared at contact parts between the wheel lower part and chips.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.8
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pp.29-39
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1997
The clamp, as the structure which is used for supporting the pipe in the atomic power plant, is produced with a certain degree of anticlastic curvature in the current manufacturing process. In this study, the structural analysis of the clamp and the pipe was performed using ABAQUS. And the finite element modelling for the analysis was made by an HyperMesh. The contact forces which are transferred between the clamp and the pipe for the external force are changed according to the binding force of bolts and keeps the clamp tightly and protects the slipping between the clamp and the pipe. The clamps with the anticlastic curvature and with the flat curvature are considered in order to invest the anticlastic effect. In this study, another case is suggested. The present case does not have the stiffness ring on the end of the clamp but the suggested case has the ring. For the present case, the results showed that the equivalent stress is higher in the anticlastic curvature case than in the flat curvature case and the equivalent stresses on the pipe are almost the same as the binding force increses. For the suggested case, the result showed that the equivalent stress in the anticlastic curvature case decreases until some binding force and increases as the binding forces increase and is lower in some range than in the flat curvature case. From this study, the clamp with the anticlastic curvature in the suggested method is better than the clamp with the flat curvature and the optimal binding force are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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