Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.268-277
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1998
The numerical procedure for calculating non-uniform residual stress fields by using relieved strain data from incremental hole drilling method is presented. Finite element calculations are described to evaluate the relieved coefficients required for the determination of residual stresses. From the results of simulations it is found that this numerical method is well adopted to measuring non-uniform residual stress in the hole depth range of 0.8 times of the hole diameter from the surface. In order to examine the practicability of this method, the hole drilling procedure for the four point bending test is performed. This method is applied to the measurement of residual stresses in the cold-rolled steel pipe. It is shown that the magnitude of residual stress in the pipe is not negligible when compared with yield stress and the residual stress should be duly considered in designing structures with this pipes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1187-1194
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2009
During the last decade, possibility of flaw occurrences has been rapidly increased world-widely as the increase of operating times of petro-chemical facilities. For instance, from a recent in-service inspection, three different sized surface cracks were detected in welding parts of a spherical oxygen holder in Korea. While API579 code provides corresponding engineering assessment procedures to determine crack driving forces, in the present work, numerical analyses are carried out for the cracked oxygen holder to investigate effects of complex geometry, analysis model and residual stress. With regard to the detailed finite element analysis, stress intensity factors are determined from both the full three-dimensional model and equivalent plate model. Also, as an alternative, stress intensity factors are calculated for equivalent plate model by employing the noted influence stress function technique. Finally, parametric structural integrity evaluation of the cracked oxygen holder is conducted in use of failure assessment diagram method, J/T method and DPFAD method. Effects of the geometry and so forth are examined and key findings from the simulations are fully discussed, which enables to determine practical safety margins of spherical components containing a defect.
Sets of nonlinear formulations together with an energy-based damage index (DI) are proposed to model the behavior and quantify the damage of the confined and unconfined concretes under monotonic and cyclic loading. The proposed formulations and DI can be employed in numerical simulations to determine the stresses and the damages to the fibers or the layers within the sections of reinforced concrete (RC) components. To verify the proposed formulations, an adaptive finite element computer program was generated to simulate the RC structures subjected to monotonic and cyclic loading. By comparing the simulated and the experimental test results, on both the full-scale structural members and concrete cylindrical samples, the proposed uniaxial behavior modeling formulations for confined and unconfined concretes under monotonic and cyclic loading, based on an iterative process, were accordingly adjusted, and then validated. The proposed formulations have strong mathematical structures and can readily be adapted to achieve a higher degree of precision by improving the relevant coefficients based on more precise tests. To apply the proposed DI, the stress-strain data of concrete elements is required. It can easily be calculated by using the proposed nonlinear constitutive laws for confined and unconfined concretes in this paper.
A steel-concrete composite (SC) panel typically consists of two steel faceplates and a plain concrete core. This paper investigated the impact response of SC panels through drop hammer tests and numerical simulations. The influence of the drop height, faceplate thickness, and axial compressive preload was studied. Experimental results showed that the deformation of SC panels under impact consists of local indentation and overall bending. The resistance of the panel significantly decreased after the local failure occurred. A three-dimensional finite element model was established to simulate the response of SC panels under low-velocity impact, in which the axial preload could be considered reasonably. The predicted displacements and impact force were in good agreement with the experimental results. Based on the validated model, a parametric study was conducted to further discuss the effect of the axial compressive preload.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Computers and Concrete
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v.26
no.5
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pp.451-465
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2020
This paper presents experimental and numerical investigations on mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with four types of steel fibers; micro steel (MS), crimped (C), round crimped (RC) and hooked-end (H), in two fiber contents of 1% and 2% (by volume) and two lengths of 13 and 30 mm. Compression, direct tension, and four-point bending tests were carried out on four types of specimens (prism, cube, dog-bone and cylinder), to study tensile and flexural strength, fracture energy and modulus of elasticity. Results were compared with UHPC specimens without fibers, as well as with available equations for the modulus of elasticity. Specimens with MS fibers had the best performance for all mechanical properties. Among macro fibers, RC had better overall performance than H and C fibers. Increased fibers improved all mechanical properties of UHPFRC, except for modulus of elasticity, which saw a negligible effect (mostly less than 10%). Moreover, nonlinear finite element simulations successfully captured flexural response of UHPFRC prisms. Finally, nonlinear regression models provided reasonably well predictions of flexural load-deflection behavior of tested specimens (coefficient of correlation, R2 over 0.90).
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.10
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pp.962-967
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2004
A bogie is the device that connects a car body and wheel sets of a rail vehicle. It is the critical component that determine:; the running safety, The bogie consists of a frame, suspensions, brakes and wheel sets. Various analyses including a numerical simulation using a finite element method, a static load test, a fatigue test, ai)d r running test should be carried out to design the bogie. However cracks have been found at some end beams of the bogies mounted on the freight cars running with the high speed. The cracks of the end beam results in deterioration of the brake performance an the running safety, A new design has been suggested to solve this problem by ROTEM company and it's performance has been tested in this paper. Numerical simulations and dynamic tests are carried out to figure out the causes of cracks in the conventional bogie, and the vibrational characteristics of the improved bogie are compared with those of the conventional one.
Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
We present a short review for authors' previous work on direct numerical simulations for inertialess hard particle suspensions formulated either with a Newtonian fluid or with viscoelastic polymeric fluids to understand the microstructural evolution and the bulk material behavior. We employ two well-defined bi-periodic domain concepts such that a single cell problem with a small number of particles may represent a large number of repeated structures: one is the sliding bi-periodic frame for simple shear flow and the other is the extensional bi-periodic frame for planar elongational flow. For implicit treatment of hydrodynamic interaction between particle and fluid, we use the finite-element/fictitious-domain method similar to the distributed Lagrangian multiplier (DLM) method together with the rigid ring description. The bi-periodic boundary conditions can be effectively incorportated as constraint equations and implemented by Lagrangian multipliers. The bulk stress can be evaluated by simple boundary integrals of stresslets on the particle boundary in such formulations. Some 2-D example results are presented to show effects of the solid fraction and the particle configuration on the shear and elongational viscosity along with the micro-structural evolution for both particles and fluid. Effects of the fluid elasticity has been also presented.
A flexible forming apparatus is composed a number of punches which have spherical pin tip shape instead of conventional solid die. The flexible forming tool consisted of punch array in a matrix form was proposed as an alternative forming method to substitute the conventional line heating method which use heat source to induce residual stress along specified heating lines. In this study, application of the flexible forming process to the small scale curved plate forming was conducted. Numerical simulations for both solid and flexible die forming process were carried out to compare the shape of the products between flexible and conventional die forming process. In addition, spring-back analysis was conducted to figure out the feasibility of the flexible forming process comparing with the die forming process in view of final configuration of the specimens. Moreover, experiment was also carried out to confirm the formability of the process. Consequently, it was confirmed that the flexible die forming method has capability and feasibility to manufacture the curved plates for shipbuilding.
Sondej, Mateusz;Iwicki, Piotr;Wojcik, Michal;Tejchman, Jacek
Steel and Composite Structures
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v.20
no.1
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pp.147-166
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2016
The paper presents comprehensive quasi-static stability analysis results for a real funnel-flow cylindrical steel silo composed of horizontally corrugated sheets strengthened by vertical thin-walled column profiles. Linear buckling and non-linear analyses with geometric and material non-linearity were carried out with a perfect and an imperfect silo by taking into account axisymmetric and non-axisymmetric loads imposed by a bulk solid following Eurocode 1. Finite element simulations were carried out with 3 different numerical models (single column on the elastic foundation, 3D silo model with the equivalent orthotropic shell and full 3D silo model with shell elements). Initial imperfections in the form of a first eigen-mode for different wall loads and from 'in-situ' measurements with horizontal different amplitudes were taken into account. The results were compared with Eurocode 3. Some recommendations for the silo dimensioning were elaborated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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