The fuel cell is one of the green energy receiving a lot of attention. Among the fuel cells, it is generally referred to SOFC(solid oxide fuel cell) which is made up composites of a solid. SOFC has excellent merits in the side of environment and energy. However because of the high operating temperature, it has economic loss by the using of expensive materials and problems of structural instability by thermal stresses. Therefore, this study aims to the effect of analysis by the FEMLAB. The results have deformations and the maximum stresses from the variation of the thickness of vulnerability spots. The deformation shows expansion as 0.82% and the stress ${\sigma}_{xx}$ is 392MPa in electrolyte and -56.31MPa in anode. When increasing or decreasing the thickness to 50% of the reference thickness about the electrolyte which is vulnerable spots.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.3
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pp.165-171
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2003
In a structure, many components are fastened together using bolts, nuts and rivets through drilled holes. Not only do these fastened joints enable easy assembly and dismantling, they are also able to transfer as well as to distribute loads applied onto the structures. The major drawback of such connections, however, is that the fatigue life of the components is reduced by the presence of the hole since the stress concentration around the hole is increased. In addition, the hole drilling process itself may introduce defects or roughness at the surfaces of the hole that may cause further decrease in fatigue performance of the components. For applications where fatigue loadings are important, one way to compensate the decrease in fatigue life of the components is by introduction of beneficial compressive residual stress around the hole using cold working. The material used for this research were A12024-T351 and A17050-T7451 using the primary member of aircraft. We present, In this paper, the characteristics of coldworking by evaluation of the hole expansion ratio, residual stress distribution, and fatigue properties.
The purpose of this paper is to present failure analysis, of the heat exchanger tube in a district heating system. SS304 stainless steel is used, as material for the heat exchanger tube. The heat exchanger operates in a soft water environment containing a small amount of chloride ions, and regularly repeats operation and standstill period. This causes concentration of chloride ions on the outer surface of the tube, as well as repeat of thermal expansion, and shrinkage of the tube. As a result of microscopic examination, cracks showed transgranular as well as branched propagation, and many pits were present, at the initiation point of each crack. Energy disperstive spectroscopy analysis showed Fe and O peak, as well as Cl peak, meaning that cracks were affected by Cl ion. Failure of the tube was caused by chloride-induced stress corrosion cracking by thermal stress, high temperature, and localized enrichment of chloride ions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.10
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pp.424-429
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2018
In this study, an expansion joint that is susceptible to waterhammer was tested for its vibration durability. The operation data for the hydraulic actuator was the expansion length of the expansion joint when the waterhammer occurred. In the case of the vibration durability test, the internal temperature status of the expansion joint was assumed to be a stress factor and a lifespan prediction model was assumed to follow the Arrhenius model. A test was carried out by increasing the internal temperature status at $30^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, and $65^{\circ}C$. By a linear transformation of the lifespan data for each temperature, a constant value and activation energy coefficient was induced for the Arrhenius equation and verified by comparing the value of a lifetime prediction model with the experimental value at $85^{\circ}C$. The failure modes of the ongoing or finished test were leakage, bellows separation, and internal deformation. In the future, a composite lifespan prediction model, including two more stress factors, will be developed.
The generator for gas turbine power generation consists of the rotor which generates magnetic field, the winding coil which is the path for the field current and the wedge and retaining ring which prevents the radial movement of the coil. Relatively severe deformation was observed at the coil end section during the inspection of the generator for peaking-load operation, and the thermal-electricity and the centrifugal force were evaluated by the simple modeling of the windings to find the cause. But the simulation stress was not sufficient to induce the coil plastic deformation. The analysis result seems to be applicable to the base-load generators which runs continuously without shut down up to a year, but there had been more deformation than simulated for the generator which is started up and shut down frequently. The cause of the coil deformation was the restriction of the expansion and shrinkage. The restriction occurs when the winding coil shrinks, and the stress overwhelms the yield stress and cause the plastic deformation. The deformation is accumulated during the start-ups and shut-downs and the thermal growth occurs. The factors which induce the coil restriction during the expansion and shrinkage should be reduced to prevent the unallowable deformation. The resolutions are cutting off the field current earlier during the generator shut-down, modifying the coil end section to remove the stress concentration and making the insulation plate inserted between the coil end section and the retaining ring have the constant thickness.
Kim, Damhyun;Park, Kibum;Wee, SungUk;Kim, Keekeun;Park, Soo;Seok, Chang-Sung
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.23
no.5
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pp.435-443
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2020
Thermal barrier coating(TBC) applied to fighter and turbine engines is a technology that improves the durability of core parts by lowering the surface temperature of base material. The thermal stress caused by mis-match of the coefficient of thermal expansion between the top coating and the TGO interface is the main cause of TBC breakage. Since the thermal stress is dependent on the microstructure of the TBC, designing microstructure of TBC can improve the durability as well as lower the thermal stress. In this study, the effect of coating thickness, volume of porosity and vertical cracking on the thermal stress was analyzed through finite element analysis. Through the analysis results, a design range of a microstructure that can improve the durability of thermal barrier coating by lowering thermal stress is proposed.
One major concern that has occupied the mind of the designers is a structural failure as result of stress concentration in the geometrical discontinuities. Understanding the effective parameters contribute to stress concentration and proper selection of these parameters enables the designer get to a reliable design. In the analysis of perforated isotropic and orthotropic plates, the effective parameters on stress distribution around holes include load angle, curvature radius of the corner of the hole, hole orientation and fiber angle for orthotropic materials. This present paper tries to examine the possible effects of these parameters on stress analysis of infinite perforated plates with central quasi-square hole applying grey wolf optimizer (GWO) inspired by the particular leadership hierarchy and hunting behavior of grey wolves in nature, and also the present study tries to introduce general optimum parameters in order to achieve the minimum amount of stress concentration around this type of hole on isotropic and orthotropic plates. The advantages of grey wolf optimizer are stout, flexible, simple, and easy to be enforced. The used analytical solution is the expansion of Lekhnitskii's solution method. Lekhnitskii applied this method for the stress analysis of anisotropic plates containing circular and elliptical holes. Finite element numerical solution is employed to examine the results of present analytical solution. Results represent that by selecting the aforementioned parameters properly, fewer amounts of stress could be achieved around the hole leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.
Most modern railways, especially the high speed railway tracks, use continuous welded rail(CWR) for the less maintenance. For the CWR track has very few expansion joints, track buckling has always been an unpredictable event and it happens mainly by high compressive stress in rail in summer period. Therefore, it is important to understand the variation of rail stress induced by thermal loads which has direct influence on the rail buckling and stability of railway track. This paper describes the experimental investigation of the variation of rail temperature and stress in a high speed railway track on bridge structure. Field measurement was performed to examine the correlation between the rail temperature and rail stress on the Korean High Speed Railway line. Regression functions were derived from measured data to determine the rail stress f3r an arbitrary rail temperature varies from 20 to 50 degree Celsius.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. And it is well known that volume expansion due to phase transformation could influence in the case of welding of high tensile strength steels on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. In this study, we investigated the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress through experiment. And three-dimensional thermal elastic-plastic FEM analysis is conducted to compare the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress in high strength steels(POSTEN60, POSTEN80) with analytical results which is not considering the effect of phase transformation on residual stress relaxation. According to the results, the extents of welding residual stress relaxation due to phase transformation in the case of welding of POSTEN60, POSTEN80 are 0.85 $\sigma$/$\sigma$$\sub$Y0/, 0.75$\sigma$/$\sigma$$\sub$Y0/, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.5
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pp.532-538
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2004
MEMS technology applying to the sensors and micro-electro devices is complete system. These microsystems are made by variable processes. Especially, the mentallization process has very important functions to transfer the power operating the sensor and signal induced from sensor part. But in the structures of MEMS the local stress concentration and deformation are often yielded by an irregular geometrical shape and different constraint. Therefore, this paper studies the effect of supporting type and thickness ratio about thin film of the substrate on the residual stress variation when the thermal loads is applied to the multi-layer thin film fabricated by metallization process. Specimens were made from several materials such as Al, Au and Cu. Then, uniform thermal load was applied, repeatedly. The residual stress was measured by FE Analysis and nano-indentation method using AFM. Generally, the specimen made of Al induced the larger residual stress than that of made of other materials. Specimen made of Cu and Au having the low thermal expansion coefficient induces the minimum residual stress. Similarly, the lowest indentation length was measured by nano-indentation method in the Si/Au/Cu specimen. Particularly, clusters are created in the specimen made of Cu by thermal load and the indentation length became increasingly large by cluster formation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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