Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.8
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pp.50-55
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2020
This study investigates the injection molding of a plastic rack gear and focuses on deflections in the part. The causes of deflections were found and resolved through a trade-off study by injection molding analysis. Based on a warpage analysis, the fiber orientation was found to be a dominant factor in the occurrence of deflections. Changes in the part design and various injection conditions were analyzed for their effects in reducing deflections. Based on the trade-off study, a new part bottom design, injection time, and melt temperature were recommended. A trial injection was done for the new plastic rack gear, and measurements showed that its flatness surpassed that of the original part and met the specified requirement. The short injection time, low melt temperature, and symmetric similar configuration of the part contributed to the reduction in deflections. Therefore, optimized gate design and injection conditions as well as a new part design were validated through injection molding analysis in this study.
The plastic hinge method and the plastic zone method are extensively adopted in displacement-based elements and force-based elements respectively for second-order inelastic analysis. The former enhances the computational efficiency with relatively less accurate results while the latter precisely predicts the structural behavior but generally requires more computer time. The displacement-based elements receive criticism mainly on plasticity dominated problems not only in accuracy but also in longer computer time to redistribute the forces due to formation of plastic hinges. The multi-element-per-member model relieves this problem to some extent but will induce a new problem in modeling of member initial imperfections required in design codes for direct analysis. On the contrary, a force-based element with several integration points is sufficient for material yielding. However, use of more integration points or elements associated with fiber section reduces computational efficiency. In this paper, a new force-based element equipped with stress-resultant plasticity model with minimal computational cost is proposed for second-order inelastic analysis. This element is able to take the member initial bowing into account such that one-element-per-member model is adequate and complied with the codified requirements of direct analysis. This innovative solution is new and practical for routine design. Finally, several examples demonstrate the validity and accuracy of the proposed method.
In this study, geometric modeling and finite element analysis of 3-dimensional plain weave composite unit cell consisting of 3 interlaced fiber tows and resin pocket were performed to predict effective properties. First, tow properties were obtained from micro-mechanics finite element unit cell analysis, which were then used in the meso-mechanics analysis. The effective properties were obtained from a series of unit cell analyses simulating uniaxial tensile and shear tests. Analysis results were compared to the analysis and experimental results in the literature. Various crimp angles were considered and the effect on the effective properties was investigated. Initial failure strengths and failure sequence were also examined.
The purpose of this study was to determine the content attributes and sensory characteristics of ice cream flavored with lotus leaf and seeds (Nelumbo nucifera Gaertner). Analysis of freeze dried lotus leaf powder produced the following technical results: Freeze dried lotus leaf powder contained moisture 12.2, crude protein 5.9, crude fat 1.2, crude ash 7.0, crude fiber 13.4g/100mg; raw lotus seed powder contained moisture 65.0, crude protein 8.2, crude fat 0.3, crude ash 1.0, crude fiber 10.8g/100mg; freeze dried lotus seed powder contained moisture 14.0, crude protein 17.1, crude fat 1.9, crude ash 4.0, crude fiber 2.8g/100mg. Lotus seed was processed by 4 methods: freeze dried, roasted, freeze dried peeled inner layer, cooked cut peeled inner layer. Analysis of the color value produced the following technical results: freeze dried lotus leaf powder were L(lightness) 14.5, a(redness) 4.4, b(yellowness) 24.0; freeze dried lotus seed powder L 57.3, a 14.4, b 12.0; roasted lotus seed powder L 52.7, a 22.5, b 11.9; freeze dried lotus seed peeled inner layer L 60.0, a 1.4, b 12.3. Proportional lotus ingredients used for ice cream were 1%, 3%, 5%, 7%, 10% for lotus leaves and 1%, 3%, 5% for lotus seeds. The maximum over run ratio for lotus leaf ice cream was 45.3~56.9% at 20~25 minutes operating time. Over run was significantly decreased by increasing the contents of lotus leaf powder. A maximum over run ratio for lotus seed ice cream was 46.1~54.3% at 20~25 operating time. Over run was not significantly different based on content of lotus leaf versus lotus seed. Sensory evaluation of lotus leaf ice cream produced the following results: the highest score was for color of 4.42 and the lowest score was for sweetness of 3.30. The total mean score significantly decreased by increasing the content of lotus leaf powder. Sensory evaluation of lotus seed ice cream produced the following results: the highest score was for cooked cut peeled inner layer type and the lowest was for freeze dried type 3.86. The sensory scores were not significantly different based on the content of lotus seed. Texture was evaluated highest with a rating of 4.21 and the taste was evaluated lowest with a rating of 3.68 For whole evaluation. This study concluded that lotus leaf ice cream demonstrates relative strength in terms of color and taste, and a relative weakness in terms of over run and sweetness. Suitable content of lotus leaf ranged from 1~5%. The lotus seed processed by the cooked cut peeled inner layer method received a higher rating than dried powder for lotus seed ice cream.
Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Cha, Jae Ho;Jang, Jeong Keun;Lee, Bo Mi;Yoon, Sung Ho
Composites Research
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v.33
no.5
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pp.315-320
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2020
In this study, when strand specimens were manufactured using an automatic winding device to obtain uniform strand specimens, analysis and test were conducted to investigate the effect of thermal expansion of the mandrel on strand specimens. Also, necessity of changing materials and mandrel configuration was checked. According to the results, strand specimen received unintended tension that was created by thermal expansion of the mandrel and this unintended tension depended on the curing temperature and position of specimens. Tensile test was conducted to check that initial tension affected on the performance of carbon fiber tow prepreg. All other conditions were fixed and only the initial tension was controlled at 40 N, 60 N, and 80 N. From the results of analysis and test, neither additional tension and tension deviation due to the thermal expansion of the mandrel and the initial tension difference had a significant effect on tensile test results, because carbon fiber had sufficiently high strength compared with tension. Therefore, it was confirmed that the change of the mandrel material and configuration of the automatic winding device was unnecessary.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.357-367
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2017
Bending and axial forces simultaneously occur at the cross-section of a shotcrete lining reinforced with steel supports due to the tunnel geometry. The shotcrete has changing flexural stiffness depending on the axial forces and, as a result, severely nonlinear behavior. The mechanical properties of a shotcrete-steel composite also depend on the type of steel support. This study presents a fiber section element model considering the effect of axial force to evaluate the nonlinear behavior of a shotcrete-steel composite. Additionally, the model was used to analyze the effects of different types of steel supports on the load capacity. Furthermore, a modified hyperbolic model for ground reaction, including strain-softening, is proposed to account for the ground-lining interaction. The model was validated by comparing the numerical results with results from previous load test performed on arched shotcrete specimens. The changes in mechanical responses of the lining were also investigated. Results show a lining with doubly reinforcement rebar has similar load capacity as a lining with H-shaped supports. The use of more materials for the steel support enhances the residual resistance. For all types of steel reinforcement, the contribution of steel supports during peak load decreases as the ground becomes stiffer.
To inhibit the import of hot sauce, the manufacturing process of the Korean type hot sauce was developed. Chemical analysis of the imported hot sauce showed as follows; moisture 95.66% (w/w), salt 2.79% (w/w), titratable acidity 3.62% (w/w), crude fiber 0.42% (w/w), reducing sugar 0.03% (w/w), capsanthin 0.89% (w/w), capsaicin 4.28 mg% and pH 3.26. Korean type hot sauce prepared with red pepper, salt and vinegar was aged in oak barrel for 12 months at $10^{\circ}C$. Chemical analysis of the Korean type hot sauce showed as follows; moisture 92.05% (w/w), salt 8.82% (w/w), titratable acidity 3.88% (w/w), crude fiber 3.14% (w/w), reducing sugar 1.78% (w/w), capsanthin 0.13% (w/w), capsaicin 2.32 mg% and pH 3.29. Among chemical components, the contents of reducing sugar, salt and crude fiber except capsaicin and capsanthin were more than those of imported one. Chemical components of the Korean type hot sauce were changed slightly during aging for 12 months. The cell counts of yeast were increased from $3.2{\times}10^2\;to\;5.2{\times}10^6$ till the second month and those of lactic acid bacteria were increased from $3.{\times}10^1\;to\;1.5{\times}10^7$ till the third month, those of yeast and lactic acid bacteria decreased from the eighth month showed $6.6{\times}10^4$ and not detectable on the twelfth month, respectively. As the results of sensory evaluation on the Korean type hot sauce were evaluated to be superior to the imported to be superior to the imported one.
This study was performed to characterize historical paper artefacts from 16th to 19th century from Chungbuk National University Museum (CNUM) in Korea. In order to know the fiber composition, surface features and fiber orientation in historic paper artefacts, LM, SEM and EDX analysis observations were applied. Based on tested results, it was concluded that Korean historic papers from 16 to 19th century were made of paper mulberry fibers called dak, which had 2.79-16.03 m of fiber lengthes and $4.5-26{\mu}m$ of lumen widthes, and they were relatively well preserved. According to EDX analysis, the examined papers differed to the contents of inorganics. High contents of S, Si, Ca, P and Al refer to use fillers, such as gypsum, clay and talc, for paper artifacts. In particular, half of samples contained some amounts of S, Cl and Fe. Since those inorganics might be potentially harmful for the paper permanency, therefore it should be considered special restoration measures from the preservation point of view.
The main objective of this experimental study is to examine the feasibilities of each testing method with various kinds of grip systems for the analysis of tensile strength of GFRP(glass fiber reinforced polymer) reinforcing bars. Three types of grip systems were examined such as resin-sleeved pipe-type grip proposed by CSA(Canadian Standard Association), frictional resistance type metal grip by ASTM(American Standard for Testing and Materials) and wedge-inserted cone-type grip normally used in prestressing tendons. Also, mechanical properties of GFRP rebars with different surface deformations were investigated for each different type of testing grip used in this study. All testing procedures including specimens preparation, set-up of test equipments and measuring devices were made according to the CSA S806-02 recommendations. From the test results, it was found that the highest tensile strengths of GFRP rebars were observed when tested by resin-sleeved grip system regardless of their different surface deformations. But tensile strengths of GFRP rebars by ASTM grip system are only 10% less than those by CSA grip system. On the other hand, CSA grip is not only difficult to prepare but also not disposable. Therefore, ASTM grip system is recommended as a practical alternative to estimate the tensile strength of GFRP rebars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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