In order to make a doubly-curved sheet metal effectively, a sheet metal forming process has been developed by adopting the flexibility of the incremental forming process and the principle of bending deformation which causes slight deformation in thickness. The developed process is an unconstrained forming process with no holder. For this study, the experimental equipment is set up with the roll set which consists of two pairs of support rolls and one center roll. In the experiments using aluminum sheets, it is found that the curvature of the formed sheet metal is determined by controlling the distance between supporting rolls in pairs and the forming depth of the center roll and it also depends on the thickness of the sheet metal. In order to check the effect of process parameters on the generation of sheet metal curvatures in this process, the orthogonal array is adopted. From the experimental results, among the process parameters, the distance between supporting rolls in pairs along the direction of one principal radius of curvature as well as the forming depth and the thickness of the material is shown to influence the generation of curvature in the same direction significantly. That is, the other distance between supporting rolls in pairs which are not located in the same direction of one principal radius of curvature, does not have an significant effect on the generation of the curvature in that direction. It mainly affects the generation of curvature in its own direction with the forming depth and the thickness of the material.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.08a
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pp.53-57
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2003
In order to make a doubly curved sheet metal effectively, a sheet metal farming process has been developed by adopting the flexibility of the incremental forming process and the principle of bending deformation which causes slight deformation to thickness. The developed process is an unconstrained forming process with no holder. For this study, the experimental equipment is set up with the roll set which consists of two pairs of support rolls and one center roll. In the experiments using aluminum sheets, it is found that the curvature of the formed sheet metal is determined by controlling the distance between supporting rolls in pairs and the forming depth of the center roll and it also depends on the thickness of the sheet metal. In order to check the effect of process parameters on the generation of sheet metal curvatures in this process, the orthogonal array is adopted. From the experimental results, among the process parameters, the distance between supporting rolls in pairs along the same direction of one principle radius of curvature as well as the forming depth and the thickness of the material is shown to influence the generation of curvature in the same direction significantly. That is, the other distance between supporting rolls in pairs which are not located in the same direction of one principle radius of curvature, does not have an significant effect on the generation of the curvature in that direction. It just affects the generation of curvature in its own direction mainly with the forming depth and the thickness of the material.
In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
Conoidal shells are doubly curved stiff surfaces which are easy to cast and fabricate due to their singly ruled property. Application of laminated composites in fabrication of conoidal shells reduces gravity forces and mass induced forces compared to the isotropic constructions due to the high strength to weight ratio of the material. These light weight shells are preferred in the industry to cover large column free open spaces. To ensure design reliability under service conditions, detailed knowledge about different behavioral aspects of conoidal shell is necessary. Hence, in this paper, static bending, free and forced vibration responses of composite conoidal shells are studied. Lagrange's equation of motion is used in conjunction with Hamilton's principle to derive governing equations of the shell. A finite element code using eight noded curved quadratic isoparametric elements is developed to get the solutions. Uniformly distributed load for static bending analysis and three different load time histories for solution of forced vibration problems are considered. Eight different stacking sequences of graphite-epoxy composite and two different boundary conditions are taken up in the present study. The study shows that relative performances of different shell combinations in terms of static behaviour cannot provide an idea about how they will relatively behave under dynamic loads and also the fact that the points of occurrence of maximum static and dynamic displacement may not be same on a shell surface.
Song Min Sup;Kim Hyo Chan;Lee Sang Ho;Yang Dong Yol
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.2
s.179
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pp.181-190
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2006
In the industry, three-dimensional coloring has been needed for a realistic prototype. The Z-corporation developed a 3D printer which provides a three-dimensional colored prototype. However, the process cannot be adopted to models fabricated by other rapid prototyping processes. In addition, time and cost for manufacturing colored prototypes still remain to be improved. In this study, a new coloring process using an ink-jet head is proposed for color printing on a three-dimensional surface. Process parameters such as the angle and the distance between the ink-jet nozzle and the three-dimensional surface should be investigated through experiments. In order to minimize the distortion of a 2D image, the correction matrix according to the sloped angle is proposed and obtained by analysis of printing errors. An image on the doubly curved surface is printed so as to verify the proposed method. As a practical example, a helmet is chosen for printing images on the curved surface. The practical applicability of the correction matrix is then demonstrated by printing the character images on the surface of the helmet.
Sandwich shells made of composite materials are the main focus on recent literature parallel to the requirements of industry. They are commonly chosen for the modern engineering applications which require moderate strength to weight ratio without dependence on conventional manufacturing techniques. The investigations on hyperbolic paraboloidal formed sandwich composite shells are limited in the literature contrary to shells that have a number of studies, consisting of doubly curved surfaces, arbitrary boundaries and laminations. Because of the lack of contributive data in the literature, the aim of this study is to present the effects of curvature on hyperbolic paraboloidal formed, layered sandwich composite surfaces that have arbitrary boundary conditions. Analytical solution methodology for the analyses of stresses and deformations is based on Third Order Shear Deformation Theory (TSDT). Double Fourier series, which are specialized for boundary discontinuity, are used to solve highly coupled linear partial differential equations. Numerical solutions showing the effects of shell geometry are presented to provide benchmark results.
An isoparametric six-node triangular element is utilized for geometrically nonlinear analysis of functionally graded (FG) shells. To overcome the shear and membrane locking, the element is improved by using strain interpolation functions. The Total Lagrangian formulation is employed to include the large displacements and rotations. Finding the nonlinear behavior of FG shells via laminated modeling is also the goal. A power function is employed to formulate the variation of elastic modulus through the thickness of shells. The results are presented in two ways, including the general FGM formulation and the laminated modeling. The equilibrium path is obtained by using the Generalized Displacement Control Method. Some popular benchmarks, including hyperbolical shell structures are solved to declare the correctness and accuracy of proposed formulations.
This paper considers the buckling and post-buckling behavior of empty metal storage tanks under wind load. The structures of such tanks may be idealized as cantilever cylindrical shells, and the structural response is investigated using a computational model. The modeling employs a doubly curved finite element based on a theory by Simo and coworkers, which is capable of handling large displacements and plasticity. Buckling results for tanks with four different geometric relations are presented to consider the influence of the ratios between the radius and the height of the shell (R/L), and between the radius and the thickness (R/t). The studies aim to clarify the differences in the shells regarding their imperfection-sensitivity. The results show that thin-walled short tanks, with R/L = 3, display high imperfection sensitivity, while tanks with R/L = 0.5 are almost insensitive to imperfections. Changes in the total potential energy of tanks that would buckle under the same high wind pressures are also considered.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.215-219
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2009
For the effective manufacture of doubly curved metal plates, a line array roll set (LARS) process is proposed. The suggested process utilizes a pair of upper and lower symmetric roll assemblies. In the process, the initial plate is progressed into the final shape in a stepwise or pathwise manner according to the basic principle of the incremental forming process. In this work, the intermediate shape which is closest to a final shape is proposed to fabricate the desired shape effectively in design of forming schedule. The intermediate shape has homogeneous curvature in a longitudinal and transverse direction so that it can be fabricated easily without complicated controls of rolls in the roll set. The method of approximation using genetic algorithm is proposed and applied to some actual ship hulls to evaluate the efficiency of the algorithm.
The finite solutions of deflection and the corresponding in-plane stress values of the graded sandwich shallow shell structure are computed in this research article via a higher-order polynomial shear deformation kinematics. The shell structural equilibrium equation is derived using the variational principle in association with a nine noded isoprametric element (nine degrees of freedom per node). The deflection values are computed via an own customized MATLAB code including the current formulation. The stability of the current finite element solutions including their accuracies have been demonstrated by solving different kind of numerical examples. Additionally, a few numerical experimentations have been conducted to show the influence of different design input parameters (geometrical and material) on the flexural strength of the graded sandwich shell panel including the geometrical configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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