In this study, effect of various material hardening models based on Holloman's isotropic, Ziegler's linear kinematic, non-linear kinematic and mixture of the isotropic and nonlinear kinematic hardening laws on springback prediction of titanium alloy (Ti-3Al-2.5V) in a tube rotary draw bending (RDB) process was investigated with presenting the keynotes for a comprehensive step by step ABAQUS simulation. Influence of mandrel on quality of the final product including springback, wall-thinning and cross-section deformation of the tube was investigated, too. Material parameters of the hardening models were obtained based on information of a uniaxial test. In particular, in the case of combined iso-nonlinear kinematic hardening the material constants were calibrated by a simple approach based on half-cycle data instead of several stabilized cycles ones. Moreover, effect of some material and geometrical parameters on springback was carried out. The results showed that using the various hardening laws separately cannot describe the material hardening behavior correctly. Therefore, it is concluded that combining the hardening laws is a good idea to have accurate springback prediction. Totally the results are useful for predicting and controlling springback and cross-section deformation in metal forming processes.
Cooling by the flow of water through an embedded cooling pipe has become a common and effective artificial thermal control measure for massive concrete structures. However, an extreme thermal gradient induces significant thermal stress, resulting in thermal cracking. Using a mesoscopic finite-element (FE) mesh, three-phase composites of concrete namely aggregate, mortar matrix and interfacial transition zone (ITZ) are modeled. An equivalent probabilistic model is presented for failure study of concrete by assuming that the material properties conform to the Weibull distribution law. Meanwhile, the correlation coefficient introduced by the statistical method is incorporated into the Weibull distribution formula. Subsequently, a series of numerical analyses are used for investigating the influence of the correlation coefficient on tensile strength and the failure process of concrete based on the equivalent probabilistic model. Finally, as an engineering application, damage and failure behavior of concrete cracks induced by a water-cooling pipe are analyzed in-depth by the presented model. Results show that the random distribution of concrete mechanical parameters and the temperature gradient near water-cooling pipe have a significant influence on the pattern and failure progress of temperature-induced micro-cracking in concrete.
Park, Jin-Ho;Lee, Jeong-Han;Kim, Bong-Soo;Ahn, Chang-Gi;Kang, Mun-Hu;Joo, Yoon-Sik
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.421-426
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2003
Recently, mixers are being widely used in the water purification plant in order to increase the filtration efficiency. The mixer normally consists of impeller, shaft, hub, reduction gear, and the driving motor. It is one of the key design issues to confirm that the vibration caused by the rotation of the shaft should not coincide with the natural vibration frequency of the shaft itself. The vibration characteristics of the hydrofoil type mixer, which is the most widely used in real plants are evaluated through the finite element modeling and verified by experiment using the mock-up facility. The fundamental natural frequency of the mixer's shaft is found to be around 1.8 Hz which showed in good agreement with the experiment. The higher natural frequencies to the 2nd, 3rd, and 4th modes are also verified by the experiment. Thus the developed model is to be utilized for the structural design of the real mixer system.
This paper mainly discusses the influence of the aggregate properties including grading, shape, content and distribution on the chloride diffusion coefficient, as well as the initiation time of steel corrosion from a probabilistic point of view. Towards this goal, a simulation method of random aggregate structure (RAS) based on elliptical particles and a procedure of finite element analysis (FEA) at meso-scale are firstly developed to perform the analysis. Next, the chloride diffusion coefficient ratio between concrete and cement paste $D_{app}/D_{cp}$ is chosen as the index to represent the effect of aggregates on the chloride diffusion process. Identification of the random distribution of this index demonstrates that it can be viewed as actually having a normal distribution. After that, the effect of aggregates on $D_{app}/D_{cp}$ is comprehensively studied, showing that the appropriate properties of aggregates should be decided by both of the average and the deviation of $D_{app}/D_{cp}$. Finally, a case study is conducted to demonstrate the application of this mesoscopic method in predicting the initiation time of steel corrosion in reinforced concrete (RC) structures. The mesoscopic probabilistic method developed in this paper can not only provide more reliable evidences on the proper grading and shape of aggregates, but also play an important role in the probability-based design method.
Conventional cantilevered piezoelectric energy harvesters (PEHs) are usually fabricated with continuous electrode configuration (CEC), which suffers from the electrical cancellation at higher vibration modes. Though previous research pointed out that the segmented electrode configuration (SEC) can address this issue, a comprehensive evaluation of the PEH with SEC has yet been reported. With the consideration of delivering power to a common load, the AC outputs from all segmented electrode pairs should be rectified to DC outputs separately. In such case, theoretical formulation for power estimation becomes challenging. This paper proposes a method based on equivalent circuit model (ECM) and circuit simulation to evaluate the performance of the PEH with SEC. First, the parameters of the multi-mode ECM are identified from theoretical analysis. The ECM is then established in SPICE software and validated by the theoretical model and finite element method (FEM) with resistive loads. Subsequently, the optimal performances with SEC and CEC are compared considering the practical DC interface circuit. A comprehensive evaluation of the advantageous performance with SEC is provided for the first time. The results demonstrate the feasibility of using SEC as a simple and effective means to improve the performance of a cantilevered PEH at a higher mode.
This paper describes a formulation to predict optimum post-tensioning forces and cable dimensioning for self-anchored cable-stayed suspension bridges. The analysis is developed with respect to both dead and live load configurations, taking into account design constrains concerning serviceability and ultimate limit states. In particular, under dead loads, the analysis is developed with the purpose to calculate the post-tensioning cable forces to achieve minimum deflections for both girder and pylons. Moreover, under live loads, for each cable elements, the lowest required cross-section area is determined, which verifies prescriptions, under ultimate or serviceability limit states, on maximum allowable stresses and bridge deflections. The final configuration is obtained by means of an iterative procedure, which leads to a progressive definition of the stay, hanger and main cable characteristics, concerning both post-tensioning cable stresses and cross-sections. The design procedure is developed in the framework of a FE modeling, by using a refined formulation of the bridge components, taking into account of geometric nonlinearities involved in the bridge components. The results demonstrate that the proposed method can be easily utilized to predict the cable dimensioning also in the framework of long span bridge structures, in which typically more complexities are expected in view of the large number of variables involved in the design analysis.
Hosen, Md. Akter;Jumaat, Mohd Zamin;Saiful Islam, A.B.M.;Salam, Md. Abdus;Kim, Hung Mo
Computers and Concrete
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v.20
no.4
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pp.439-448
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2017
Reinforced concrete (RC) infrastructures often require strengthening due to error in design, degradation of materials properties after prolong utilization and increases load carrying capacity persuaded by new use of the structures. For this purpose, a newly proposed Side Near Surface Mounted (SNSM) composite technique was used for flexural strengthening of RC beam specimens. Analytical and non-linear finite element modeling (FEM) using ABAQUS were performed to predict the flexural performance of RC specimens strengthened with S-NSM using steel bars as a strengthening reinforcement. RC beams with various SNSM reinforcement ratios were tested for flexural performance using four-point bending under monotonic loading condition. Results showed significantly increase the yield and ultimate strengths up to 140% and 144% respectively and improved failure modes. The flexural response, such as failure load, mode of failure, yield load, ultimate load, deflection, strain, cracks characteristic and ductility of the beams were compared with those predicted results. The strengthened RC beam specimens showed good agreement of predicted flexural behavior with the experimental outcomes.
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.
Kim, Hui Min;Kim, So Young;Im, Sang Hyeon;Park, Gwan Soo
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.1
no.1
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pp.21-27
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2015
The goal of this study is the size and distribution of the electromagnetic force generated by the current flowing through the second underground line of 154kV power transmission cables by using electromagnetic finite element analysis. So we interpret how mutually electromagnetic force has an effect on the comparable judgement of Trefoil, Duct and Flat, which shows in a numerical arrangement. 154kV OF 1200SQ Cable 1.281km not only is applicable to modeling for underground transmission cable but also examine the effect of line to line, phase to phase and size and direction of the electromagnetic force preparing for the occurrence of normal state and single-phase earth fault, which are arranged in trefoil, duct and flat formation between sections. As showing how the trajectory, and size distribution of the electromagnetic force translate as the arrangement of the cables when a steady-state current and a fault current flows on the underground cables, I hope that when Underground transmission is designed, this data will be useful information.
For the problem that the complexity of 3-D modeling and multi parameter optimization, as well as the uncertainty of the winding factor of axial flux permanent magnet generator with coreless windings. The complex 3-D model was simplified into 2-D analytic model, and an analytical formula for the winding factor that adapting different coreless stator winding is proposed in this paper. The analytical solution for air-gap magnetic fields, no-load back EMF, electromagnetic torque, and efficiency are calculated by using this method. The multiple objective and multivariable optimization of the maximum fundamental and the minimum harmonic content of back EMF are performed by using response surface methodology. The proposed optimum design method was applied to make a generator. The generator was tested and the calculated results are compared with the proposed method, which show good agreements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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