Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.11
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pp.1065-1075
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2017
In this study, high velocity impact tests along with modeling of material behavior and numerical analyses were conducted to predict the dispersion behavior of the debris resulting from a high velocity impact fracture. For the impact tests, two different materials were employed for both the projectile and the target plate - the first setup employed aluminum alloy while the second employed steel. The projectile impacts the target plate with a velocity of approximately 1 km/s were enforced to generate the impact damages in the aluminum witness plate through the fracture debris. It was confirmed that, depending on the material employed, the debris dispersion behavior as well as the dispersion radii on the witness plate varied. A numerical analysis was conducted for the same impact test conditions. The smoothed particle hydrodynamics (SPH)-finite element (FE) coupled technique was then applied to model the fracture and damage upon the debris. The experimental and numerical results for the diameters of the perforation holes in the target plate and the debris dispersion radii on the witness plate were in agreement within a 5% error. In addition, the impact test using steel was found to be more threatening as proven by the larger debris dispersion radius.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.81-93
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2020
The fatigue characteristics of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites were studied under repeated loads using the finite element method (FEM). To realize the material characteristics of GFRP composites, Digimat, a mean-field homogenization tool, was employed. Additionally, the micro-structures and material models of GFRP composites were defined with it to predict the fatigue behavior of composites more realistically. Specifically, the fatigue characteristics of polybutylene terephthalate with short fiber fractions of 30wt% were investigated with respect to fiber orientation, stress ratio, and thickness. The injection analysis was conducted using Moldflow software to obtain the information on fiber orientations. It was mapped over FEM concerned with fatigue specimens. LS-DYNA, a typical finite element commercial software, was used in the coupled analysis of Digimat to calculate the stress amplitude of composites. FEMFAT software consisting of various numerical material models was used to predict the fatigue life. The results of coupled analysis of linear and nonlinear material models of Digimat were analyzed to identify the fatigue characteristics of GFRP composites using FEMFAT. Neuber's rule was applied to the linear material model to analyze the fatigue behavior in LCF regimen. Additionally, to evaluate the morphological and mechanical structure of GFRP composites, the coupled and fatigue analysis were conducted in terms of thickness.
Wrist braces are being used for patients with wrist trauma. Recently, many studies have been conducted to manufacture custom wrist braces using 3D printing technology. Such 3D printing customized orthosis has the advantage of reflecting various factors such as reflecting different shapes for each individual and securing breathability. In this paper, the stress on the orthosis by the number and position of Velcro bands that should be considered when manufacturing a 3D printing custom wrist brace was analyzed. For customized orthosis, 3D modeling of the bone and skin regions was performed using an automatic design software (Reconeasy 3D, Seeann Solution) based on CT images. Based on the 3D skin area, a wrist orthosis design was applied to suit each treatment purpose. And, for the elasticity of the brace, a wrist brace was manufactured with an FDM-type 3D printer using TPU material. To evaluate the effectiveness according to the number and position of the Velcro band of the custom 3D printed wrist brace, the stress distribution of the brace was analyzed by the finite element method (FEM). Through the finite element analysis of the wrist orthosis performed in this study, the stress distribution of the orthosis was confirmed, and the number and position of the orthosis production and Velcro bands could be confirmed. These experimental results will help provide quality treatment to patients.
Recently, resistivity surveys have been frequently carried out over the irregular terrain such as mountainous area. Such an irregular terrain itself can produce significant anomalies which may lead to misinterpretations. In this study, topographic effects in resistivity survey were studied using the physical scale modeling as well as the numerical one adopting finite element method. The scale modeling was conducted at a pond, so that we could avoid the edge effect, the inherent problem of the scale modeling conducted in a water tank in laboratory. The modeling experiments for two topographic features, a ridge and a valley with various slope angles, confirmed that the results by the two different modeling techniques coincide with each other fairly well for all the terrain models. These experiments adopting dipole-dipole array showed the distinctive terrain effects, such that a ridge produces a high apparent resistivity anomaly at the ridge center flanked by zones of lower apparent resistivity. On the other hand, a valley produces the opposite anomaly pattern, a central low flanked by highs. As the slope of a terrain model becomes steeper, the terrain-induced anomalies become stronger, and moreover, apparent resistivity can become even negative for the model with extremely high slope angle. All the modeling results led us to the conclusion that terrain effects should be included in the numerical modeling and/or the inversion process to interpret data acquired at the rugged terrain area.
Ju, Sung Ha;Kim, Dong Hyun;Oh, Min Woo;Kim, Su Hyun;Kang, Jong Hun;Bae, Jun Wu;Lee, Hyoung Woo;Kim, Kyung He
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.8
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pp.543-556
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2016
In this work, an insulated coupling test machine for a 5-MW-class wind turbine was designed and developed, along with the public performance testing of a 3-MW-class wind turbine. The results of the device design, development requirements, functional considerations, structural vibration analysis, and the evaluation of the insulated coupling test machine are presented in this study. For the coupling models, thick fiberglass composite pipe insulation, fabricated by filament winding, was considered. Results of three-dimensional finite element analysis conducted using both solid element and shell element modeling were analyzed and compared, considering the effect of thickness. In addition, results from the nonlinear finite element analysis of multiple leaf springs of the laminated disk pack structure were verified and compared with experimental data.
Kim Min-Kyu;Lim Hyung-Gyu;Han Chan-Ho;Song Byung-Seop;Park Il-Yong;Cho Jin-Ho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.24
no.7
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pp.379-386
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2005
Among various kinds of hearing aids which have been developed so far. the conventional air conduction hearing aids have some problems such as the acoustic distortion, an howling effect due to acoustic feedback. Another type of hearing aid. the cochlear implant system can be applied to the profound imparied person. However. it shows the disadvantage that there is no possibility of recovery of the acoustic organ such as ossicle. On the other hand. the implantable middle ear heaving device directly vibratos the ossicular chain and has better sound qualify. good cosmetics for appearance. and wide frequency responses so that it can overcome the defects or the conventional hearing aids. In this paper, a mathematical modeling and a momentum equation derivation of the DET has been performed. For the optimization of the structure dimension generating maximal vibrating force of the DET. the computer simulation using a finite element analysis (FEA) software has been performed. Also. the vibrating transducer has been designed to make the frequency characteristics or the transducer be similar to those of the normal middle ear. Through the experimental results, the measured vibration characteristics of the DET has been evaluated to verify the performance for the application to implantable middle ear hearing devices.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.6
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pp.650-657
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2001
This paper explains the process of designing a shielded encircling remote field eddy current (RFEC) probe to inspect nuclear fuel cladding tubes and investigates resulting signal characteristics. To force electromagnetic energy from exciter coil to penetrate into the tube, exciter coil is shielded outside by laminations of iron insulated electrically from each other. Effects of shielding and the proper operating frequency are studied by the finite element analysis and the location for sensor coil is decided. However, numerically simulated signals using the designed probe do not clearly show the defect indication when the sensor passes a defect and the other indication appeared as the exciter passes the defect is affected by the shape of shielding structure, which demonstrates that the sensor is directly affected by exciter fields. For this reason, the sensor is also shielded outside and this shielding dramatically improves signal characteristics. Numerical modeling with the finally designed probe shows very similar signal characteristics to those of inner diameter RFEC probe. That is, phase signals show almost equal sensitivity to inner diameter and outer diameter defects and the linear relationship between phase signal strength and defect depth is observed.
A mathematical model comprised with eight simultaneous quasi-linear partial differential equations was suggested to provide optimal chlorination strategy. Upstream weighted finite element method was employed to construct multidimensional numerical code. The code was verified against measured concentrations in three type of reactors. Boundary conditions and reaction rate were calibrated for the sixteen cases of experimental results to regenerate the measured values. Eight reaction rate coefficients were estimated from the modeling result. The reaction rate coefficients were expressed in terms of pH and temperature. Automatic optimal algorithm was invented to estimate the reaction rate coefficients by minimizing the sum of squares of the numerical errors and combined with the model. In order to minimize the concentration of chlorine and pollutants at the final usage sites, a real-time predictive control system is imperative which can predict the water quality variables from the chlorine disinfection process at the water purification plant to the customer by means of a model and operate the disinfection process according to the influent water quality. This model can be used to build such a system in water treatment plants.
Yingying Zhang;Qiu Yu;Wei Song;Junhao Xu;Yushuai Zhao;Baorui Sun
Steel and Composite Structures
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v.49
no.5
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pp.517-532
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2023
Tower structures have been widely used in communication and transmission engineering. The failure of joints is the leading cause of structure failure, which make it play a crucial role in tower structure engineering. In this study, the aluminum alloy three tube tower structure is taken as the prototype, and the middle joint of the tower was selected as the research object. Three different stainless steel-aluminum alloy composite joints (SACJs), denoted by TA, TB and TC, were designed. Finite element (FE) modeling analysis was used to compare and determine the TC joint as the best solution. Detail requirements of fasteners in the TC stainless steel-aluminum alloy composite joint (TC-SACJ) were designed and verified. In order to systematically and comprehensively study the mechanical properties of TC-SACJ under multi-directional loading conditions, the full-scale experiments and FE simulation models were all performed for mechanical response analysis. The failure modes, load-carrying capacities, and axial load versus displacement/stain testing curves of all full-scale specimens under tension/compression loading conditions were obtained. The results show that the maximum vertical displacement of aluminum alloy tube is 26.9mm, and the maximum lateral displacement of TC-SACJs is 1.0 mm. In general, the TC-SACJs are in an elastic state under the design load, which meet the design requirements and has a good safety reserve. This work can provide references for the design and engineering application of aluminum alloy tower structures.
Moreno, Julian A.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Miranda, Marcela P.;Reginato, Lucas H.
Computers and Concrete
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v.24
no.4
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pp.379-397
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2019
Steel-concrete composite beams are widely employed in constructions and their performance at the serviceability stage is of concern among practitioners and design regulations. In this context, an accurate evaluation of long-term deflections via various rheological concrete models is needed. In this work, the performance and predict capability of some concrete creep and shrinkage models ACI, CEB, B3, FIB and GL2000 are ascertained, and compared by using statistical bias indicators. Ten steel-concrete composite beams with existing experimental and numerical results are then modeled for this purpose. The proposed modeling technique uses the finite element method, where the concrete slab and steel beam are modeled with shell finite elements. Concrete is considered as an aging viscoelastic material and cracking is treated with the common smeared approach. The results show that when the experimental ultimate shrinkage strain is used for calibration, all studied rheological models predict nearly similar deflections, which agree with the experimental data. In contrast, significance differences are encountered for some models, when none calibration is made prior to. A value between twenty and thirty times the cracking strain is recommended for the ultimate tensile strain in the tension stiffening model. Also, increasing the relative humidity and decreasing the ambient temperature can lead to a substantial reduction of slab cracking for beams under negative flexure. Finally, there is not a unique rheological model that clearly excels in all scenarios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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