KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.4
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pp.27-37
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1993
An efficient method to solve the minimum weight design problem for frame structures subjected to stress and displacement constraints is presented. The different cross-sectional shapes are conside red in order to apply engineering design in which usually required custom fabrication. To increase the efficiency of the optimization process, the structural response quantities(nodal forces, displacements) are linearized with respect to cross-sectional properties or their reciprocal, based on first order Taylor series expansion, while cross-sectional dimensions are considered as design variables. Numerical examples are performed and compared with other methods to demonstrate the efficiency and reliability of approximation method for frame structural optimization with different cross-sectional shapes. It is shown that the number of finite element analysis is greatly reduced and it leads to a highly efficient method of optimization of frame structures.
A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2647-2655
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2002
This research presents an analytical model to investigate the stability due to the ball bearing waviness i n a rotating system supported by two ball bearings. The stiffness of a ball bearing changes periodically due to the waviness in the rolling elements as the rotor rotates, and it can be calculated by differentiating the nonlinear contact forces. The linearized equations of motion can be represented as a parametrically excited system in the form of Mathieu's equation, because the stiffness coefficients have time -varying components due to the waviness. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as the simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving the Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by comparing the stability chart with the time responses of the vibration model suggested by prior researches. This research shows that the waviness in the rolling elements of a ball bearing generates the time-varying component of the stiffness coefficient, whose frequency is called the frequency of the parametric excitation. It also shows that the instability takes place from the positions in which the ratio of the natural frequency to the frequency of the parametric excitation corresponds to i/2 (i=1,2,3..).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.5
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pp.423-429
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2015
Linear motion (LM) ball guides have good accuracy and high efficiency. They are widely applied for precision machinery such as machine tools, semiconductor fabrication machines and robots. However, friction force incurs heat between the balls and grooves. Thermal expansion due to the heat deteriorates stiffness and accuracy of the LM ball guides. For accurate estimation of stiffness and accuracy during the linear motion, friction models of LM ball guides are required. To formulate accurate frictional models of LM ball guides according to load and preload conditions, rolling and viscous frictional analyses have been performed in this paper. Contact loads between balls and grooves are derived from Hertzian contact analysis. Contact angle variation is incorporated for the precision modeling. Viscous friction model is formulated from the shear stress of lubricant and the contact area between balls and grooves. Experiments confirm validity of the developed friction model for various external load and feedrate conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.10
s.103
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pp.1137-1147
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2005
The dynamic response due to the unbalance and crack and the quasi-static response due to gravity are analytically derived based on the complex transfer matrix. The additional slope is expressed as function of the bending moment at crack position based on the fracture mechanics concept, and inversely the bending moment is expressed as function of the additional slope at the crack Position. At each angle step during the shaft revolution, the additional slope and bending moment are calculated by an iterativemethod. The transient behavior is considered by introducing Fourier series expansion concept for the additional slope. Simulation is carried out for a simple rotor similar to those available in the literature and comparison of the basic crack behavior is shown. Using the additional slope, the cracked rotor behavior is explained with the crack depth increased: the magnitude of the additional slope increases and the closed crack duration during a revolution decreases as the crack depth increases. The direction of unbalance is also shown as a factor to affect the crack breathing. Whirl orbits are shown near the sub-critical speed ranges of the rotor.
Post-buckling behavior of Timoshenko beams subjected to uniform temperature rising with temperature dependent physical properties are studied in this paper by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. The beam is clamped at both ends. In the case of beams with immovable ends, temperature rise causes compressible forces end therefore buckling and post-buckling phenomena occurs. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. Also, the material properties (Young's modulus, coefficient of thermal expansion, yield stress) are temperature dependent: That is the coefficients of the governing equations are not constant in this study. This situation suggests the physical nonlinearity of the problem. Hence, the considered problem is both geometrically and physically nonlinear. The considered highly non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. The beams considered in numerical examples are made of Austenitic Stainless Steel (316). The convergence studies are made. In this study, the difference between temperature dependent and independent physical properties are investigated in detail in post-buckling case. The relationships between deflections, thermal post-buckling configuration, critical buckling temperature, maximum stresses of the beams and temperature rising are illustrated in detail in post-buckling case.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.9
no.2
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pp.188-197
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1997
The fracture toughness of three different kinds of epoxy-matrix composites containing the same volume fraction of reinforcement and the variation of fracture toughness of glass-carbon fiber/epoxy hybrid composites due to the change of test temperature and different glass fiber content were investigated in this study. Glass fiber/epoxy composite provided much higher fracture toughness than that of other composites because of the high strain at failure of glass fiber. Particularly the carbon fiber/epoxy composite exhibited the low fracture toughness caused by the low strain energy absorbing capacity of carbon fiber. And it was found that the strain at failure of reinforcement and interfacial delamination absorbing a significant amount of impact energy played an important role to increase fracture toughness of composites. The fracture toughness of the glass-carbon fiber hybrid composites increased with increasing the glass fiber content and decreased with raising the test temperature. The residual stress arising from the different thermal expansion between the matrix and reinforcement influenced the fracture toughness of composites.
In pressurized light water reactor fuel assembly, spacer grids support nuclear fuel rods both laterally and vertically. The fuel rods are supported by spacer grid springs and grid dimples that are located in the grid cell. The support system allows for some thermal expansion and imbalance of the fuel rods. The imbalance is absorbed by elastic energy to prevent coolant flow- induced vibration damage. Design requirements are defined and a design process is established. The design process includes mathematical optimization as well as practical design method. The shape of the grid spring is designed to maintain its function during the lifetime of the fuel assembly. A structural optimization method is employed for the shape design. Since the optimization is carried out in the linear range of finite element analysis, the optimum solution is verified by nonlinear analysis. A good design is found and the final design is compared with the initial conceptual design. Commercial codes are utilized for structural analysis and optimization.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1185-1191
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2000
In general, the strength of hull structures can be estimated from stress evaluation considering static and hydro-dynamic load due to sea-wave. However, war ships such as submarine, have frequently experienced the underwater explosion and local structures of ship as well as hull girder can be damaged by the dynamic response excited from underwater non-contact explosion. When explosion happens at underwater, shock wave is radiated In early short time, then gas bubbles are generated, and expansion and contraction are repeated as they float to the surface. The shock wave causes the damage of equipment and its supporting structures, on the other hand, the hull girder strength can be lost by resonance between bubble pulsation and lowest ship natural vibration period. In this paper, the hydro-Impulse force due to bubble was calculated. Based on these results the hull girder strength of submarine was estimated from transient response analysis by using NASTRAN. Also, shock analysis for some equipment supporting structures was carried out by using DDAM. In order to evaluate the strength of these local structures due to shock wave.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.06a
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pp.99-102
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2006
In the present study, the blow forming characteristics of AZ31 sheet was investigated to test the feasibility of the practical application of wrought Mg alloys. Mg alloys have drawn a huge attention in the field of transportation and consumer electronics industries since it is the lightest alloy which could be industrially applicable. Most Mg alloy components have been fabricated by casting method. However, there have been a lot of research activities on the wrought alloys and their plastic forming process recently. Shallow cups for the small electronics cases have been stamped with warm die system. However, some technical issues will challenge Mg forming when large parts are considered with warm die system over $200^{\circ}C$. Most of all, thermal expansion of die system will deteriorate a die accuracy. On the other hand, blow forming does not have a problem with inaccuracy with die system. In this study, tensile tests were followed by blow forming at various temperature and pressure. AZ31 sheet showed a superplastic deformation behavior with extensive grain boundary sliding at the temperature above $300^{\circ}C$. However, the deformation behavior was likely to differ depending on stress condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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