The aim of this paper is to contribute to the efficient design of traffic light poles involved in vehicle frontal collisions by developing a computer-based, finite-element model capable of capturing the impact characteristics. This is achieved by using the available non-linear dynamic analysis software "LS-DYNA3D", which can accurately predict the dynamic response of both the vehicle and the traffic light pole. The fiber reinforced polymer(FRP) as a new pole's material is proposed in this paper to increase energy absorption capabilities in the case of a traffic pole involved in a vehicle head-on collision. Numerical analyses are conducted to evaluate the effects of key parameters on the response of the pole embedded in soil when impacted by vehicles, including: soil type(clay and sand) and pole material type(FRP and steel). It is demonstrated from the numerical analysis that the FRP pole-soil system has favorable advantages over steel poles, where the FRP pole absorbed vehicle impact energy in a smoother behavior, which leads to smoother acceleration pulse and less deformation of the vehicle than those encountered with steel poles. Also, it was observed that clayey soil brings a slightly more resistance than sandy soil which helps reducing pole movement at ground level. Finally, FRP pole system provides more energy absorbing leading to protection during minor impacts and under service loading, and remain flexible enough to avoid influencing vehicle occupants, thus reducing fatalities and injuries resulting from the crash.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.2
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pp.111-116
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2011
Three-dimensional finite element analyses have been performed to improve the durability of bulkhead. To keep pace with design changes and concentrate on regions of interest, SUBMODEL technique in ABAQUS was used for analysis. An analysis was conducted with following load cases: 1) Cap press-fit, 2) Bearing crush, 3) Bolt assembly, 4) Hot assembly, 5) Firing load, 6) Alternating firing load, 7) 2nd hot assembly. Fatigue analysis was done using commercial software FEMFAT and fatigue factors at the interested regions such as bolt tip area, counter bore, breathing hole, honing clearance were calculated and compared to aid design validation. Finite element modeling in the area of thread engagement used a simple constraint equations. Increasing bolt length, to a minimum of 39 mm above joint face gives a better fatigue resistance to the bulkhead. Breathing hole helps not only circulate the air in the crankcase but also fatigue resistance of bulkhead by relieving the stress at the critical locations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1730-1736
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2001
A finite element analysis for a rotating cantilever beam is presented in this study. Based on a dynamic modeling method using the stretch deformation instead of the conventional axial deformation, three linear partial differential equations are (derived from Hamilton's principle. Two of the linear differential equations show the coupling effect between stretch and chordwise deformations. The other equation is an uncoupled one for the flapwise deformation. From these partial differential equations and the associated boundary conditions, two weak forms are derived: one is for the chordwise motion and the other is fur the flptwise motion. The weak farms are spatially discretized with newly defined two-node beam elements. With the discretized equations or the matrix-vector equations, the behaviors of the natural frequencies are investigated for the variation of the rotating speed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.4
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pp.421-427
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2015
In this paper, a description is given of finite element method (FEM) simulations of the elastic bending modulus of multi-layered graphene sheets that were carried out to investigate the mechanical behavior of graphene sheets with different gap thicknesses through molecular mechanics theory. The interaction forces between layers with various gap thicknesses were considered based on the van der Waals interaction. A finite element (FE) model of a multi-layered rectangular graphene sheet was proposed with beam elements representing bonded interactions and spring elements representing non-bonded interactions between layers and between diagonally adjacent atoms. As a result, the average elastic bending modulus was predicted to be 1.13 TPa in the armchair direction and 1.18 TPa in the zigzag direction. The simulation results from this work are comparable to both experimental tests and numerical studies from the literature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.2022-2032
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1999
In recent years, the subject of remaining life assessment has drawn considerable attention in the power generation industry. In power generation systems a variety of structural components, such as steam pipes, turbine rotors, and superheater headers, typically operate at high temperatures and high pressures. Thus a life prediction methodology accounting for fracture and rupture is increasingly needed for these components. For accurate failure assessment, in addition to the single parameter such as K or J-integral used in traditional fracture mechanics, the second parameter like T-stress describing the constraint is needed. The most critical defects in such structures are generally found in the form of semi-elliptical surface cracks in the welded piping-joints. In this work, selecting the structures of surface-cracked plate and straight pipe, we first perform line-spring finite element modeling, and accompanying elastic-plastic finite element analyses. We then present a framework for including constraint effects (T-stress effects) in the R6 failure assessment diagram approach for fracture assessment.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1799-1802
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2003
The commercial success of a new product is influenced by the time to market. Shorter product leadtimes are of importance in a competitive market. This can be achieved only if the product development process can be realized in a relatively small time period. New cutting inserts are developed by a time consuming trial and error process guided by empirical knowledge of the mechanical cutting process. The effect of previous cutting on chip formation and the surface residual stresses has been studied. The chip formation is not affected much. There is only a minor influence from the residual stress on the surface from tile first cutting on the second pass chip formation. Thus, it is deemed to be sufficient to simulate only the first pass. The influence of the cutting speed and feed on the residual stresses has been computed and verified by the experiments. It is shown that the state of residual stresses in the workpiece increases with the cutting speed. This paper presents experimental results which can be used for evaluating computational models to assure robust solutions. The general finite element code ABAQUS/Standard has been used in the simulations. A quasi-static simulation with adiabatic heating was performed. The path for separating the chip from the workpiece is predetermined. The agreement between measurements and calculation is good considering the simplifications introduced.
El-Borgi, S.;Neifar, M.;Jabeur, M. Ben;Cherif, D.;Smaoui, H.
Smart Structures and Systems
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v.4
no.2
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pp.247-259
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2008
The potential use of Cu-based shape memory alloys (SMA) in retrofitting historical monuments is investigated in this paper. This study is part of the ongoing work conducted in Tunisia within the framework of the FP6 European Union project (WIND-CHIME) on the use of appropriate modern seismic protective systems in the conservation of Mediterranean historical buildings in earthquake-prone areas. The present investigation consists of a finite element simulation, as a preliminary to an experimental study where a cantilever masonry wall, representing a part of a historical monument, is subjected to monotonic and quasi-static cyclic loadings around a horizontal axis at the base level. The wall was retrofitted with an array of copper SMA wires with different cross-sectional areas. A new model is proposed for heat-treated copper SMAs and is validated based on published experimental results. A series of nonlinear finite element analyses are then performed on the wall for the purpose of assessing the SMA device retrofitting capabilities. Simulation results show an improvement of the wall response for the case of monotonic and quasi-static cyclic loadings.
Seo, Jung-Kwan;Kim, Myung-Hyun;Shin, Sang-Beom;Han, Myung-Soo;Park, June-Soo;Mahendr, Mahen;Lee, Jae-Myung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.4
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pp.200-210
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2010
In this paper, different evaluation methods of Hot Spot Stresses (HSS) have been applied to four different welded structure details in order to compare them and to illustrate their differences. The HSSs at failure-critical locations were calculated by means of a series of finite element analyses. There was good overall agreement between calculated and experimentally determined HSS on the critical locations. While different methods and procedures exist for the computation of the structural hot-spot stress at welded joints, the recommendations within the International Institute of Welding (IIW) guideline concerning the 'Hot Spot Stress' approach were found to give good reference stress approximations for fatigue-loaded welded joints. This paper recommends and suggests an appropriate finite element modeling and hot spot stress evaluation technique based on round-robin stress analyses and experimental results of several welded structure details.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.4
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pp.439-449
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2018
In this paper, multi-objective optimization of a multi-bubble pressure cabin in the underwater glider with Blended-Wing-Body (BWB) is carried out using Kriging and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Two objective functions are considered: buoyancy-weight ratio and internal volume. Multi-bubble pressure cabin has a strong compressive capacity, and makes full use of the fuselage space. Parametric modeling of the multi-bubble pressure cabin structure is automatic generated using UG secondary development. Finite Element Analysis (FEA) is employed to study the structural performance using the commercial software ANSYS. The weight of the primary structure is determined from the volume of the Finite Element Structure (FES). The stress limit is taken into account as the constraint condition. Finally, Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method is used to find some trade-off optimum design points from all non-dominated optimum design points represented by the Pareto fronts. The best solution is compared with the initial design results to prove the efficiency and applicability of this optimization method.
This paper develops a moving-magnet electromagnetic actuator for fast steering mirror (FSM). The actuator achieves a reasonable compromise between voice coil actuator and piezoelectric actuator. The stroke of the actuator is between the strokes of a piezoelectric actuator and a voice coil actuator, and its force output is a linear function of air gap and excitation current within our FSM travel range. Additionally, the actuator is more reliable than voice coil actuator as the electrical connection in the actuator is static. Analytically modeling the actuator is difficult and time-consuming. Alternatively, numerous finite element simulations are carried out for the actuator analysis and design. According to the design results, a real prototype of the actuator is fabricated. An experimental test system is then built. Using the test system, the force output of the fabricated actuator is evaluated. The test results validate the actuator analysis and design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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