Developed from conventional concrete filled steel tubular (CFST) members, concrete-encased CFST has attracted growing attention in building and bridge practices. In actual construction, the inner CFST is erected prior to the casting of the outer reinforced concrete part to support the construction preload, after which the whole composite member is under sustained service load. The complex loading sequence leads to highly nonlinear material interaction and consequently complicated structural performance. This paper studies the full-range behaviour of concrete-encased CFST columns with initial preload on inner CFST followed by sustained service load over the whole composite section. Validated against the reported data obtained from specifically designed tests, a finite element analysis model is developed to investigate the detailed structural behaviour in terms of ultimate strength, load distribution, material interaction and strain development. Parametric analysis is then carried out to evaluate the impact of significant factors on the structural behaviour of the composite columns. Finally, a simplified design method for estimating the sectional capacity of concrete-encased CFST is proposed, with the combined influences of construction preload and sustained service load being taken into account. The feasibility of the developed method is validated against both the test data and the simulation results.
The skid proof pavement is used for safety driving on curved bridges and high level roads. This study analyzed the effect of skid proof pavement on the bridge using actual spot test and computer analysis. In the actual spot test, the natural frequency and dynamic deflection of steel box girder bridges were measured before and after skid proof pavement. Likewise, in the computer analysis, the dynamic response of the finite element model was evaluated. The model was based on real steel box girder bridge according to the skid proof pavement. The analyzed results provide basic data on the effect of skid proof pavement on road structure.
The authors performed the underwater explosion analysis for the liquified oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, the authors reviewed the theory and application of underwater explosion analysis, using a Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, the authors modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements, and the interface between the two regions as the ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. Upon analysis, it was found that the shock pressure due to explosion propagated into the water region, and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress were apparent at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for the design criteria.
Cogging torque has a negative impact on the operation of permanent magnet machines by increasing torque ripple, speed ripple, acoustic noise and vibration. In this paper Magnet Shifting Method has been used as a tool to reduce the cogging torque in inset Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor (LSPMSM). It has been shown that Magnet Shifting Method can effectively eliminate several lower-order harmonics of cogging torque. In order to implement the method, first the expression of cogging torque is studied based on the Fourier analysis. An analytical expression is then introduced based on Permanent Magnet Shifting to reduce cogging torque of LSPMS motors. The method is applied to some existing machine designs and their performances are obtained using Finite Element Analysis (FEA). The effect of magnet shifting on pole mmf (magneto motive force) distribution in air gap is discussed. The side effects of magnet shifting on back-EMF, core losses and torque profile distortion are taken into account in this investigation. Finally the experimental results on two prototypes 24 slot 4 pole inset LSPMS motors have been used to validate the theoretical analysis.
Typical floor systems in contemporary tall buildings consist of reinforced concrete or composite metal deck over framing members and account for a majority of the structural weight of the building. The use of high-density materials, such as reinforced concrete and steel, increases the weight of floor systems, reducing the system's overall efficiency. With the introduction of high-performance materials, mainly mass timber products, and fiber-reinforced composites, in the construction industry, designers and engineers have multiple options to choose from when selecting structural materials. This paper discusses the application of mass timber and carbon fiber composites as structural materials in floor systems of tall buildings. The research focused on a comparative analysis of the structural system efficiency for five different design options for tall building floor systems. Finite Element Analysis (FEA) method was adopted to develop a simulation framework, and parametric structural models were simulated to evaluate the structural performance under specific loading conditions. Simulation results revealed the advantages of lightweight structural materials to improve system efficiency and reduce material consumption. The impact of mechanical properties of materials, loading conditions, and issues related to fire engineering and construction were briefly discussed, and future research topics were identified in conclusion.
Kim, Hyun-gi;Choi, Hyun Kyung;Kim, Sungchan;Park, Hyung Bae;An, Su Hong;Kim, Young Shin
Journal of Aerospace System Engineering
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v.16
no.4
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pp.88-94
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2022
The vibration mode measurement test measures the natural vibration characteristics of the target specimen. The measured natural mode characteristics are compared with the numerical analysis result to verify the reliability of the numerical analysis. If necessary, it is used to supplement the numerical analysis model of the specimen used for the dynamic characteristic analysis. In this paper, the natural frequency and natural mode of the external fuel tank are respectively obtained through the vibration mode measurement test and the numerical analysis, using the finite element model. The results are compared to verify the reliability of the numerical analysis model of the external fuel tank to apply to the entire aircraft model. To measure the vibration mode of the test specimen, a bungee cord was used, to simulate the free boundary condition for the test specimen. And, 3-axis accelerometers were installed on the test specimen. The response characteristics of the test specimen were measured, by excitation with an impact hammer. As a result of the test, after performing the frequency response analysis on the response acceleration, the natural frequency of the test specimen and its vibration mode were confirmed. The reliability of the numerical analysis model was verified by comparing the frequency and vibration mode, obtained through the test and the numerical analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.37-44
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2016
This study is concerned with the numerical investigation of dynamic characteristics of 2.5MW-class wind turbine gearbox in which the misalignment improvement of plenary gear shafts by the flexible pins and the dynamic impact response are analyzed by the finite element method. The tooth contact between gears is modelled using the line element having the equivalent tooth stiffness and the contact ratio to accurately and effectively reflect the load transmission in the internal complex gear system. The equivalent tooth stiffness is calculated by utilizing the tooth deformation analysis and the impulse torque is applied to the input shaft for the dynamics response characteristic analysis. Through the numerical experiments, the equivalent tooth stiffness model was validated and the misalignment improvement of planetary gear shafts was confirmed from the comparison with the cases of fixed shafts at one and both ends.
Ballistic impact analyses have been performed with the Kevlar fabric impregnated with STF(shear thickening fluid). Multi-layer laminates modeled with 3D isoparametric shell elements were used for the performance analysis and their results are compared with experimental results. Both experiments and numerical analyses have been done to verify the usefulness of STF to enhance the impact resistance performance. The results showed that STF increases friction within a bundle of fiber, and this phenomena is more apparent in the velocity range of under near 450 m/s. In this research, it is emphasized that FEA analyses of STF impregnated Kevlar fabric laminate were successfully conducted using shell elements. Moreover, the effectiveness of the technique and accuracy were verified through the comparison with reliable experimental data.
Park, Hyun-Sik;Kim, Ji-Soo;Ryu, Bok-Hyun;Kang, Choo-Won
Explosives and Blasting
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v.30
no.2
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pp.9-20
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2012
These days, mining industry prefers underground development for large mining because of exhaustive minning resources and large drafts and mining cavities thanks to extensive distribution of heavy excavation machines. In a mining design, to control collapse of cavities and secure stability, design of cavities and pillars are considered as very important. Therefore, this study obtained a prediction equation of blasting vibration through instrumentation for underground cavities. And we obtained theoretical shock vibration imposed on pillar through fragmentation analysis and measurement of flyrock distance. To examine the influence of pillar in underground mining blasting, we carried a finite element analysis and compared the result with prediction equation of blasting vibration, and shock vibration of flyrock when a impact was imposed on pillar and theoretical shock vibration.
Yang, Hui Sun;Shin, Jung Hun;Park, Jong Won;Sung, Baek Ju
Tribology and Lubricants
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v.31
no.2
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pp.35-41
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2015
A water-pump located in the cooling area of a car circulates cooling water. A particular bearing element, known as a water-pump bearing, installed in the rotating part carries the entire load. The failure of this water-pump bearing has a direct impact on the failure of the automobile engine, and so securing its reliability is crucial. Several researchers have examined the design principles of the water-pump bearing, but there are no reports on the life characteristic of the bearing yet. Herein, we report the construction of test equipment to reproduce the spalling of the roller contact, which is the main failure mode of the chosen water-pump bearing. We chose the radial load as an accelerated stress factor and validated the failure mode by monitoring the surface defects. We conducted the accelerated life test after determining the accelerated stress level through a combination of finite element analysis and a preliminary test. In the life tests, we used an accelerometer to perform failure diagnosis. In the last stage of this study, we present a statistical reliability analysis. Thus, we fully estimated the shape parameter of the water-pump bearing, accelerating level on the load , and the lifetime (MTTF and B10 life) under real use conditions, and finally proposed an interval estimation value considering the uncertainty of the estimated value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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