The two objectives of this study were, first, to determine the optimal friction welding process parameters using finite element simulations and, second, to evaluate the mechanical properties of the friction welded zone for large piston rods in marine diesel engines. Since the diameters of the rod and its connecting part are very different, the manufacturing costs using friction welding are reduced compared to those using the forging process of a single piece. Modeling is a generally accepted method to significantly reduce the number of experimental trials needed when determining the optimal parameters. Therefore, because friction welding depends on many process parameters such as axial force, initial rotational speed and energy, amount of upset and working time, finite element simulations were performed. Then, friction welding experiments were carried out with the optimal process parameter conditions resulting from the simulations. The base material used in this investigation was AISI 4140 with a rod outer diameter of 280 mm and an inner diameter of 160 mm. In this study, various investigation methods, including microstructure characterization, hardness measurements and tensile and fatigue testing, were conducted in order to evaluate the mechanical properties of the friction welded zone.
In the field of welding the behavior of a welded structure under consideration may be predicted via heat transfer and residual stress analysis. In order to facilitate the industrial applications of welding, numerical modeling of heat transfer and residual stress in weldment has been carried out applying Finite Element Method (FEM) and the analysis with the external load including this residual stress due to welding has been done. The present work includes the specialized finite element codes for the calculation of nonlinear heat transfer details and residual stress redistributed along with the external load in the welded structures. A basic interface, which allows models, built in commercial preprocessing package access to the data necessary to build standard input decks for these specialized FEM codes, which are not supported by commercial package. The results from the FEM codes are imported back into commercial package for visualization. In addition the residual stress values are exported to commercial package (such as ANSYS, PATRAN etc.) for further analysis with the external loads, which make the FEM codes fully applicable to the industrial purpose.
Self-piercing rivet(SPR) is mechanical joining methods and which can be joining dissimilar materials. Unlike conventional riveting, SPR also needs no pre-drilled holes. During plastically deformation, SPR pierces upper sheet and joins it to under sheet. SPR has been mainly applied to the joining the automobile body and some materials, such as glass fiber reinforced polymer and aluminum alloy, which represent the sheet-formed materials for lightweight automobile. Glass fiber reinforced plastic(GFRP) has been considered as a partial application of the automobile body which is lighter than steels and stronger than aluminium alloys. It is needed SPR to join Al alloy sheets and GFRP ones. In this paper, in order to design the rivet and anvil, which are suitable for GFRP, the joinability was examined through simulations of SPR joining between GFRP and Al alloy sheets. For this study, AutoCAD was used for the modeling and the simulated using commercial FEM code DEFORM-2D. The simulated results for SPR process joining between GFRP and Al alloys were confirmed by the same conditions as experimental trials.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.62
no.2
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pp.72-78
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2013
In this study, samples from the site where there occurred unbalanced current when cable routing were analyzed, and the simulation program for electric power system analysis, PSCAD/EMTDC, was used to calculate the current unbalance on cable routing. Based on electromagnetic finite element analysis(FEA), electromagnetic parameters enabled the interlocking with COMSOL for the calculation of allowable current ampacity and magnetic filed distribution. This then led to modeling unbalanced current between common modes using the unbalanced current analysis program, thereby comparing and discussing the results from both. The analyzed model is a common mode 2 parallel circuit, which is a basic model for cable routing, and by arranging cables in various ways, the arrangement with the least current unbalance was suggested, which would, in the future, prevent earth faults and extend life for the whole cable.
The finite element method is applied to analyze the deformation mechanisms in the closed-cell Al foam under the compression. The modeling of the real cellular structure proceeds with the concept of the reverse engineering. First of all, the small, $10{\times}\;10{\times}\;10mm^3$ sized specimens of the closed-cell Al foam are prepared. The micro focus X-ray CTsystem of SHIMADZU Corp. is used to scan the full structures of the specimens. The scanned structures are converted to the geometric surfaces and solids through the software for 3-D scan data processing, RapidFormTMof INUS Tech. Inc. Then the solid meshes are directly generated on the converted geometric solids for the finite element analysis. The large elastic-plastic deformation and 3-D contact problems for the Al cellular material are considered. The clear and successful analysis for the deformation mechanisms in the closed-cell Al foam is carried out through the comparison of the numerical results in this research with the referred experimental ones.
The purpose of this paper is to establish a standard finite element analysis model of a piston by carrying out three dimensional modeling of a series six-cylindered CNG engine's piston to forecast temperature distribution at stationary state and the following thermal stress and variation, and cross checking it with existing analysis. Also, in order to evaluate the affects of the cooling system to the piston's heat load, the paper analyzed piston's temperature and thermal stress distribution according to the cooling water temperature changes and the following variations. As a result, the maximum temperature was found at the center of the crown in the piston and the maximum thermal stress occurred from the lower part of the piston.
In this study, the structural performance of a seven span masonry arch bridge was evaluated. Investigations were performed on Aspendos (Belkis) Masonry Arch Bridge which was located on road of Aspendos Acropolis City in Antalya, Turkey. The old bridge was constructed in the early of fourth century AD, but it was exposed to the earthquakes in this region and the overloading by the river water. The old bridge was severely damaged and collapsed by probably an earthquake many years ago and a new bridge was then reconstructed on the remains of this old bridge by Seljuk in the 13th century. The bridge has also been affected from overflowing especially in the spring of each year, so some protective measures should be taken for this monumental bridge. Therefore, the structural performance under these loading has to be known. For this purpose, an initial finite element model was developed for the bridge and it was calibrated according to ambient vibration test results. After that, it was analyzed for different load cases such as dead, live, earthquake and overflow. Three load combinations were taken into account by deriving from these load cases. The displacements and the stresses for these combination cases were attained and compared with each other. The structural performance of Aspendos Masonry Arch Bridge was determined by considering the demand-capacity ratio for the tensile stress of the mortar used in Aspendos Masonry Arch Bridge. After these investigations, some concluding remarks and offers were presented at the end of this study.
Kh., Hind M.;Ozakca, Mustafa;Ekmekyapar, Talha;Kh., Abdolbaqi M.
Computers and Concrete
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v.18
no.5
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pp.999-1018
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2016
Enhanced tensile properties of fiber reinforced concrete make it suitable for strengthening of reinforced concrete elements due to their superior corrosion resistance and high tensile strength properties. Recently, the use of fibers as strengthening material has increased motivating the development of numerical tools for the design of this type of intervention technique. This paper presents numerical analysis results carried out on a set of concrete beams reinforced with short fibers. To this purpose, a database of experimental results was collected from an available literature. A reliable and simple three-dimensional Finite Element (FE) model was defined. The linear and nonlinear behavior of all materials was adequately modeled by employing appropriate constitutive laws in the numerical simulations. To simulate the fiber reinforced concrete cracking tensile behavior an approach grounded on the solid basis of micromechanics was used. The results reveal that the developed models can accurately capture the performance and predict the load-carrying capacity of such reinforced concrete members. Furthermore, a parametric study is conducted using the validated models to investigate the effect of fiber material type, fiber volume fraction, and concrete compressive strength on the performance of concrete beams.
There are many plain concrete arch bridges in Iran that have been used as railway bridges for more than seventy years. Owe to the fact that these bridges have not been designed seismically, and even may be loaded under high-speed trains, evaluation of fundamental frequencies of the bridges against earthquake and high-speed train vibrations is necessary for considering dynamics effects. To evaluate complex behavior of these bridges, results of field tests are useful. Since it is not possible to perform field tests for all arch bridges, these structures should be simulated correctly by computers for structural assessment. Several parameters are employed to describe the bridges, such as number of spans, length of spans, geometrical and material properties. In this study, results of field tests are used for modal analysis and adapted for 64 three dimensional finite element models with various physical parameters. Computer simulations show length of spans has important effect on fundamental frequencies of plain concrete arch bridge and modal deformations of bridges is in longitudinal and transverse directions. Also, these results demonstrate that fundamental frequencies of bridges decrease after increasing span length and number of spans. Plus, some relations based in the number of spans (n) and span length (l) are proposed for calculation of fundamental frequencies of plain concrete arch bridge.
With the increase of the frequency in large-scale floods and natural disasters, the demands for highly accurate numerical river models are also rapidly growing. Generally, flows in rivers are modeled with previously developed and well-established numerical models based on shallow water equations. However, the so-far-developed models reveal a lot of limitations in the analysis of discontinuous flow or flow which needs accurate modeling. In this study, the numerical shallow water model based on the discontinuous Galerkin method was applied to the simulation of one-dimensional transcritical flow, including dam break flows and a flow over a hump. The favorable agreement was observed between numerical solutions and analytical solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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