The pipelines are apt to erosion or corrosion because of the high-speed flow of water and steam with high temperatures or high pressures. This study was carried out a finite element analysis (FEA) and an experimental for the fracture behavior of T-joint pipes with local wall thinning under internal pressure. Local wall thinning was machined on the pipes in order to simulate erosion and corrosion of the metal. The configurations of the eroded area included an eroded ratio of d/t=0.80~0.963 and an eroded length of l=25 mm, 50 mm, and 102 mm. Three-dimensional elastic-plastic analyses were also carried out using FEA, which accurately simulates failure behaviors. In regards to the relationship between pressure and eroded, the criterion that indicates what can be used safely under operating pressure and design pressure were obtained from FEA. The FEA results were in relatively good agreement with that of the experiment.
In this paper, rotating bending fatigue tests have been carried out to investigate the growth behabiors of surface fatigue crack initiated from a small artificial surface defect, that might exist in real structures, on 2024-T3 and 6:4 brass. The test results are analysed in the viewpoints of both strength of materials and fracture mechanics, it can be concluded as follows. The effect of a small artificial surface defect upon the fatigue strength is very large. The sensitivity of 2024-T3 on the defect is higher than that of 6:4 brass. The growth behavior of the surface fatigue crack of 2024-T3 is different from that of 6:4 brass. The growth rate of the surface fatigue crack of 2024-T3 is considerably rapid in the early stage of the fatigue life and apt to decrease in the later stage. It was impossible to establish a unifying approach in the analysis of crack growth begabior of 2024-T3 and 6:4 brass using the maximum stress intensity factor because of their dependence on stress level. But if the elastic strain and cyclic total strain intensity factor range were applied to obtain the growth rate of surface fatigue cracks of the materials, the data were found to be nearly coincided.
An elastic-plastic-viscous constitutive model was proposed based on a simple formulation scheme. The anisotropic modified Cam-Clay model was extended for the general stress space for the plastic simulation. The generalized viscous theory was simplified and used for the viscous constitutive part. A damage law was incoporated into the proposed constitutive model. The mathematical formulation and development of the model were performed from the point of view that fewer parameters be better employed. The creep behaviors with or without creep rupture were predicted using the developed model for cohesive soils. The model predictions were favorably compared with the experimental results including the undrained creep rupture, which is an important observed phenomenon for cohesive soils. Despite the simplicity of the constitutive model, it performs well as long as the time to failure ratio of the creep rupture tests is within the same order of magnitude.
In this paper the time-dependent creep analysis of a thick-walled FG cylinder with finite length subjected to axisymmetric mechanical and thermal loads are presented. First order shear deformation theory (FSDT) is used for description of displacement components. Inner and outer temperatures and outer pressure are considered as thermo-mechanical loadings. Both thermal and mechanical loadings are assumed variable along the axial direction using the sinusoidal distribution. To find temperature distribution, two dimensional heat transfer equation is solved using the required boundary conditions. The energy method and Euler equations are employed to reach final governing equations of the cylinder. After determination of elastic stresses and strains, the creep analysis can be performed based on the Yang method. The results of this research indicate that the boundaries have important effects on the responses of the cylinder. The effect of important parameters of this analysis such as variable loading, non-homogeneous index of functionally graded materials and time of creep is studied on the behaviors of the cylinder.
This study examines the behaviors and properties of discharged liquid CO2 from a long elastic pipe moving with a vessel for the oceanic CO2 sequestration by considering pipe dynamics and vessel motions. The coupled vessel-pipe dynamic analysis for a typical configuration is done in the frequency and time domain using the ORCAFLEX program. The system's characteristics, such as vessel RAOs and pipe-axial-velocity transfer function, are identified by applying a broadband white noise wave spectrum to the vessel-pipe dynamic system. The frequency shift of the vessel's RAO due to the encounter-frequency effect is also investigated through the system identification method. Additionally, the time histories of the tip-of-pipe velocities, along with the corresponding discharged droplet size and Weber numbers, are generated for two different sea states. The comparison between the stiff non-oscillating pipe with the flexible oscillating pipe shows the effect of the vessel and pipe dynamics to the discharged CO2 droplet size and Weber number. The pipe's axial-mode resonance is the leading cause of the fluctuation of the discharged CO2 properties. The significant variation of the discharged CO2 properties observed in this study shows the importance of considering the vessel-pipe motions when designing oceanic CO2 sequestration strategy, including suitable sequestration locations, discharge rate, towing speed, and sea states.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.6
s.237
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pp.876-888
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2005
Tensile properties and fracture toughness of monolithic aluminum, fiber reinforced plastics and glass fiber/aluminum hybrid laminates under tensile loads have been investigated using plain coupon and single-edge-notched specimens. Elastic modulus and ultimate tensile strength of GFMLs showed different characteristic behaviors according to the Al kind, fiber orientation and composition ratio. Fracture, toughness of A-GFML-UD which was determined by the evaluation of $K_{IC}$ and $G_{IC}$ based on critical load was similar to that of GFRP-UD and was much higher than monolithic Al. Therefore, A-GFML-UD presented superior fracture toughness as well as prominent damage tolerance in comparison to its constituent Al. By separating Al sheet from GFMLs after the test, optical microscope observation of fracture zone of GFRP layer in the vicinity of crack tip revealed that crack advance of GFMLs depended on the orientation of fiber layer as well as Al/fiber composition ratio.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.4
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pp.38-45
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2017
A finite element analysis-based approach which investigates the causes of the breakdown in the outer ring of the choke at hot rod rolling mill is presented. Two-dimensional drawings of the whole vertical-type mill stand are transformed into three-dimensional CAD models. Non-linear elasto-plastic deformation analysis of material at the roll gap is performed for computing roll force and torque of the work roll. Then, the reaction forces of the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are obtained by means of rigid body motion analysis. Finally, stress behaviors in the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are investigated by linear elastic analysis. Results reveal that stress at the contact area between the outer ring and roller bearing is extraordinary high when an internal gap between an external surface of the outer ring and the internal surface of the chock due to wear of the inside of the chock occurs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.7
s.172
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pp.62-70
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2005
The nanoindenter and AFM have been used for nanofabrication, such as nanolithography, nanowriting, and nanopatterning, as well as measurement of mechanical properties and surface topology. Nanoscale indents can be used as cells for molecular electronics and drug delivery, slots for integration into nanodevices, and defects for tailoring the structure and properties. Therefore, it is very important to make indents of desired morphology (shape, size and depth). Indents of different shapes can be obtained by using indenters of different geometries such as a cube comer and conical and spherical tips. The depth and size of indents can be controlled by making indentations at different indentation loads. However, in case of viscoplastic viscoelastic materials such as polymethylmethacrylate (PMMA) the time dependent deformation (TDD) should also be considered. In this study, the effect of process parameters such as loading rate and hold-time at peak load on the indent morphology (maximum penetration depth, elastic recovery, transient creep recovery, residual depth pile-up height) of PMMA were studied for hyperfine pattern fabrication.
Jung Young Dae;Park Han Soo;Jo Nam Ju;Jeong Hae Do
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.180-187
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2005
This paper is focused on the development of the flexible electrode for disc-type polymer actuators using Segmented Polyurethane(SPU). This paper consists of two parts. The one is about the mechanical property such as elastic modulus. these parameters mainly affect behaviors of polymer actuators and the other is about the electro-chemical property such as the surface resistance of the composite electrode affects the strength of electrostatic force, results in the deformation of polymer actuators. The Young's modulus was measured by UTM. As result, by increasing the modulus of a body of polymer actuators, the maximum displacement of polymer actuators are decreased. The surface resistance of the electrode was measured by 4 point probe system. Compared with the conductive silver grease, the displacement of polymer actuators using carbon black(CB) composite electrodes is comparably small but CB composite electrode should be the practical approach for the improvement of the performance of all-solid actuators, compared with another types of electrode materials.
The frictional behaviors of Cermets/Cr-Ceramics and Cu-Al coatings of piston ring were investigated. Friction tests were carried out by pin-on-disk test and materials properties of coating layer were analyzed by nano indentation tester. The effect of surface roughness of cylinder liner on the friction coefficient was analyzed. This study provided tribological data of hard and soft piston ring coatings against cylinder liner. The surface roughness does exert an influence on the average friction coefficient, with smoother surfaces generally yielding lower friction coefficients. In case of hard-coating, the scratch depth, width and pile-up height had close relationship with hardness. So the scratch width, depth and pile-up height increases with decreasing friction coefficient. But in case of soft-coating, the friction coefficients are strongly dependent on the morphological characteristics such as, scratch depth, width, pile-up height and elastic modulus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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