Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1175-1182
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2005
General systems have many substructures assembled at joints. The bolted joint is generally used in assembling the mechanical parts. However, there are no effective modeling methods to analyze the dynamic characteristics of bolt jointed structure using the finite element (FE) analysis, especially in case of large area contact. Moreover, the design methods for the appropriate bolt locations and the number of bolts considering the dynamic characteristics are not guided properly. In this study, a proper modeling method is developed to simulate the dynamic characteristics of a structure with the large interfaced area using the cone frusta method and spring elements. The natural frequencies are also controlled by adjusting the bolt-joint location and the number of bolts considering relative distances in mode shapes at the interface of bolt-jointed plates. The Modeling method and the optimized design method are verified based on the experimental and the FE analysis results.
Silva, Ana B.C.G.;Andrade, Henrique C.C.;Fairbairn, Eduardo M.R.;Telles, Jose C.F.;Ribeiro, Fernando L.B.;Toledo-Filho, Romildo D.;Medeiros, Jorivaldo
Computers and Concrete
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v.25
no.1
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pp.29-36
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2020
This work presents a numerical modeling procedure to simulate the refractory concrete lining in fluid catalytic cracking units of oil refineries. The model includes the simulation of the anchors that reinforce the contact between the refractory concrete and the steel casing. For this purpose, the constitutive relations of an interface finite element are set to values that represent the homogenized behavior of the anchored interface. The parameters of this constitutive relation can be obtained by experimental tests. The model includes also multi-surface plasticity, in order to represent the behavior of the refractory concrete lining. Since the complexity of real case applications leads to high computational costs, the models presented here were implemented in a high-performance parallelized finite element platform. A case study representing a riser similar to the ones used by the refinery industry demonstrates the potential of the model.
As electric vehicles (EV) have increasingly replaced the conventional vehicles with internal combustion engines (ICE), most of automotive makers are actively devoting to the technology development of EV parts. Accordingly, the manufacturing process for power source has been also shifting from engine/transmission to EV motor/reducer system. However, lack of experience in developing the EV motor still remains as a technical challenge. In this paper, we employed the forming simulation based on finite element modeling to solve this problem. In particular, in order to increase the accuracy of the forming simulation, we introduced the elastic-plastic constitutive model parameters for polymer-copper hybrid wire by investigating the individual strain-stress curves, and elastic modulus of polymer and copper. Then, the reliability of modeling procedure was confirmed by comparing the simulated results with experiments. Finally, the identified mechanical properties and finite element modeling were applied to a hairpin forming process, which involves multiple deformation paths such as bending, pressing, widening, and twisting. The proposed numerical approach can replace common experience or experiment based trials by reducing production time and cost in the future.
To ensure driver safety, high-strength steel pipes are utilized in the chassis and internal structures design of automobiles. ERW(electric resistance welding) pipes, fabricated through welding at joints using electrical resistance, form a Heat-Affected Zone (HAZ) during the welding process. Due to characteristics such as increased hardness and reduced ductility compared to the base material, HAZ poses challenges in finite element analysis (FEA) for pipe shapes. In this study, for FEA considering HAZ properties, mechanical properties were measured through uniaxial tensile testing and digital image correlation (DIC) techniques after specimen fabrication. These measurements were validated using reverse engineering methods. Furthermore, hardness measurements and gaussian functions were employed to ascertain the hardness distribution within the HAZ, serving as a basis for subdividing the HAZ and modeling the pipe shape. To validate the effectiveness of the HAZ modeling approach, models were interpreted incorporating only base material properties and models incorporating average-calculated HAZ properties. Comparative analysis was performed, revealing that the model subdividing the HAZ based on hardness measurements closely approximated experimental values. This validation offered a methodology for HAZ modeling in FEA.
The finite element modeling of small female occupant for crash simulation is presented in this paper subsequently to the part I of articulated rigid body model. The limbs and internal components are additionally modeled by joining them to the articulated rigid body model for predicting the crash injuries such as bone fractures and joint dislocations. The behavioral characteristics of each limbs and internal components were validated against available cadaveric test results. Accordingly, the human model proposed in this paper could be utilized for the investigation of impact injury mechanism and further complement the lacking biofidelity of current crash dummy.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.03b
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pp.14-17
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1999
The wrinkling behavior of a thin sheet with perfect geometry is a kind of compressive instability. The compressive instability is influenced by many factors such as stress state mechanical properties of the sheet material geometry of the body contact conditions and plastic anisotropy. The analysis of compressive instability in plastically deforming body is difficult considering all the factors because the effects of the factors are very complex and the instability behavior may show wide variation for small deviation of the factors. In this study the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of puckering initiation and growth of a thin sheet with perfect geometry. All the above mentioned analysis and the post-bifurcation behavior is analyzed by introducing the branching scheme proposed by Riks. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. in order to investigate the effect of plastic anisotropy on the compressive instability a square plate that is subjected to compression in one direction and tension in the other direction is analyzed by the above-mentionedfinite element analysis. The critical stress ratios above which the buckling does not take place are found for various plastic anisotropic modeling method and discussed. Finally the effect of plastic anisotropy on the puckering behavior in the spherical cup deep drawing process is investigated.
Seung-Woo Kim;Jung-Woo Song;Jun-Pyo Hong;Jong-Hoon Kang
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.21-28
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2023
This study focuses on the analysis of slewing ball bearings in wind turbines. Slewing bearings have an outer diameter of several meters, and hundreds of balls are in contact with the raceway. Due to the large number of balls and raceway contact conditions, it is difficult to accurately analyze contact stresses using general analysis techniques. To analyze the contact stress of a slewing ball bearing, the sub-modeling method is applied, which is a technique that first analyzes the displacement of the entire model and then analyzes the local stress at the point of maximum displacement. In order to reduce the displacement analysis time of the entire ball bearing, the technique of replacing the ball with a nonlinear spring is adopted. The analytical agreement of the simplified model was evaluated by comparing it with a solid mesh model of the ball for three models with different spring attachment methods. It was found that for the condition where a large turnover moment is applied to the bearing, increasing the number of spring elements gives the closest results to modeling the ball with a solid mesh.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.2
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pp.148-155
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2008
The aim of the study is to interpret the distribution of occlusal force by 3-dimensional finite element analysis of ISP(Implant Supported Prosthesis) supported by minimum number of implant to restore the edentulous patients. For this study, the Astra Tech implant system is used. Geometric modeling for 6 and 4 fixture ISP group is performed with respect to the bone, implant and one piece superstructure, respectively. Implants are arbitrarily placed according to the anatomical limit of lower jaw and for the favorable distribution of occlusal force, which is applied at the end of cantilever extension of ISP with 30mm. Element type is tetrahedral for finite element model and the typical mechanical properties, Young's modulus and Poisson's ratio of each material, cortical, cancellous bone and implant material are utilized for the finite element analysis. From this study, we can see the distribution of equivalent stress equal to real situation and speculate the difference in the stress distribution in the whole model and at each implant fixture, From the analysis, the area of maximum stress is distributed on distal contact area between bone and fixture in the crestal bone. The maximum stress is 53MPa at the 0.2mm area from the bone-implant interface in the maximum side for 300N load condition for 4 fixture case, which is slightly less than the stress calculated from allowable strain. This stress has not been deduced to directly cause the loss of crestal bone around implant fixture, but the stress can be much reduced as the old peoples may have lower chewing force. Thus, clinical trial may be performed with this treatment protocol to use 4 fixtured ISP for old patients.
This paper develops a spectral element model for the composite beams with a surface-bonded piezoelectric layer from the governing equations of motion. The governing equations of motion are derived from Hamilton's principle by applying the Bernoulli-Euler beam theory for the bending vibration and the elementary rod theory for the longitudinal vibration of the composite beams. For the PZT layer, the Bernoulli-Euler beam theory and linear piezoelectricity theory are applied. The high accuracy of the present spectral element model is evaluated through the numerical examples by comparing with the finite element analysis results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.45-48
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2008
Periodic lattice structures such as the large space lattice structures and carbon nanotubes may take the extension-transverse shear-bending coupled vibrations, which can be well represented by the extended Timoshenko beam theory. In this paper, the spectrally formulated finite element model (simply, spectral element model) has been developed for extended Timoshenko beams and applied to some typical periodic lattice structures such as the armchair carbon nanotube, the periodic plane truss, and the periodic space lattice beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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