A finite element model for the process of squeeze casting for metal matrix composites (MMCs) in cylindrical mold is developed. The fluid flow and the heat transfer are the fundamental phenomena in the squeeze casing process. To describe heat transfer with solidification of molten aluminum, the energy equation in terms of temperature and enthalpy are applied to two dimensional axisymmetric model which is similar to the experimental system. And one dimensional flow model is employed to simulate the transient metal flow. The direct iteration technique was used to solve the resulting nonlinear algebraic equations. A computer program is developed to calculate the enthalpy, temperature and fluid velocity. Cooling curves and temperature distribution during infiltration and solidification are calculated for pure aluminum. The temperature is measured and recorded experimentally. At two points of the perform inside and one point of the mold outside, thermocouple wire are installed. The time-temperature data are compared with the calculated cooling curves. The experimental results show that the finite element model can estimate the solidification time and predict the cooling process.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.5
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pp.105-111
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2000
Micronization of sensor is a trend of the silicon sensor development with regard to a piezoresistive silicon pressure sensor, the size of the pressure sensor diaphragm have become smaller year by year, and a microaccelerometer with a size less than 200~300${\mu}{\textrm}{m}$ has been realized. Over the past four or five years, numerical modeling of microsensors and microstructures has gradually been developed as a field of microelectromechanical system(MEMS) design process. In this paper, we study some of the micromachining processes of single crystal silicon(SCS) for the microaccelerometer, and their subsequent processes which might affect thermal and mechanical loads. The finite element method(FEM) has been a standard numerical modeling technique extensively utilized in structural engineering discipline for component design of microaccelerometer. Temperature rise sufficiently low at the suspended beams. Instead, larger temperature gradient can be seen at the bottom of paddle part. The center of paddle part becomes about 5~2$0^{\circ}C$ higher than the corner of paddle and suspended beam edges.
Georgiades, Anastasis V.;Saha, Gobinda C.;Kalamkarov, Alexander L.;Rokkam, Srujan K.;Newhook, John P.;Challagulla, Krishna S.
Smart Structures and Systems
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v.1
no.4
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pp.369-384
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2005
The main objectives of this paper are to demonstrate the feasibility of using newly developed smart GFRP reinforcements to effectively monitor reinforced concrete beams subjected to flexural and creep loads, and to develop non-linear numerical models to predict the behavior of these beams. The smart glass fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars are fabricated using a modified pultrusion process, which allows the simultaneous embeddement of Fabry-Perot fiber-optic sensors within them. Two beams are subjected to static and repeated loads (until failure), and a third one is under long-term investigation for assessment of its creep behavior. The accuracy and reliability of the strain readings from the embedded sensors are verified by comparison with corresponding readings from surface attached electrical strain gages. Nonlinear finite element modeling of the smart concrete beams is subsequently performed. These models are shown to be effective in predicting various parameters of interest such as crack patterns, failure loads, strains and stresses. The strain values computed by these numerical models agree well with corresponding readings from the embedded fiber-optic sensors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.4
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pp.343-349
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2007
This cryogenic miniature globe valve is used to transfer the liquified natural gas which temperature is $-169^{\circ}C$, supplied pressure is 30bar(3.0MPa). In the present work the temperature distribution and thermal deformation is calculated numerical the FE method is useful to predict the thermal matter of cryogenic miniature globe valve. For this reason, to optimum design of the cryogenic miniature globe valve the analysis of the parameter about bonnet has been studied. It's used 3-D modeling to analyze cryogenic globe valve, which is 1/2". Numerical study used 3-D modeling makes a decision of efficient process of product before producing in the factory. A commercial software(ANSYS 10.0) is used in the structural analysis for cryogenic globe valve.
Earthquakes occur as a cluster in many regions around the world where complex fault systems exist. The repeated shaking usually induces accumulative damage to affected structures. Damage accumulation in structural systems increases their level of degradation in stiffness and also reduces their strength. Many existing analytical tools of modeling RC structures lack the salient damage features that account for stiffness and strength degradation resulting from repeated earthquake loading. Therefore, these tools are inadequate to study the response of structures in regions prone to multiple earthquakes hazard. The objective of this paper is twofold: (a) develop a tool that contains appropriate damage features for the numerical analysis of RC structures subjected to more than one earthquake; and (b) conduct a parametric study that investigates the effects of multiple earthquakes on the response of RC moment resisting frame systems. For this purpose, macroscopic constitutive models of concrete and steel materials that contain the aforementioned damage features and are capable of accurately capturing materials degrading behavior, are selected and implemented into fiber-based finite element software. Furthermore, finite element models that utilize the implemented concrete and steel stress-strain hysteresis are developed. The models are then subjected to selected sets of earthquake sequences. The results presented in this study clearly indicate that the response of degrading structural systems is appreciably influenced by strong-motion sequences in a manner that cannot be predicted from simple analysis. It also confirms that the effects of multiple earthquakes on earthquake safety can be very considerable.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2104-2113
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2002
A finite element model is developed for the process of squeeze casting of metal matrix composites (MMCs) in cylindrical molds. The fluid flow and the heat transit. are fundamental phenomena in squeeze casting. To describe heat transfer in the solidification of molten aluminum, the energy equation is written in terms of temperature and enthalpy are applied in an axisymmetric model which is similar to the experimental system. A one dimensional flow model simulates the transient metal flow. A direct iteration technique was used to solve the resulting nonlinear algebraic equations, using a computer program to calculate the enthalpy, temperature and fluid velocity. The cooling curves and temperature distribution during infiltration and solidification were calculated fer pure aluminum. Experimentally, the temperature was measured and recorded using thermocouple wire. The measured time-temperature data were compared with the calculated cooling curves. The resulting agreement shows that the finite element model can accurately estimate the solidification time and predict the cooling process.
Gustavo Luz Xavier da Costa;Carlos Alberto Caldeira Brant;Magno Teixeira Mota;Rodolfo Giacomim Mendes de Andrade;Eduardo de Moraes Rego Fairbairn;Pierre Rossi
Computers and Concrete
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v.31
no.2
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pp.151-161
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2023
This paper presents an investigation of variables that cause spurious cracking in numerical modeling of concrete fracture. Spurious cracks appear due to the approximate nature of numerical modeling. They overestimate the dissipated energy, leading to divergent results with mesh refinement. This paper is limited to quasi-static loading regime, homogeneous models, cracking as the only nonlinear mode of deformation and cracking only due to tensile loading. Under these conditions, some variables that can be related to spurious cracking are: mesh alignment, ductility, crack band width, structure size, mesh refinement and load increment size. Case studies illustrate the effect of each variable and convergence analyses demonstrate that, after all, load-increment size is the most important variable. Theoretically, a sufficiently small load increment is able to eliminate or at least alleviate the detrimental influence of the other variables. Such load-increment size might be prohibitively small, rendering the simulation unfeasible. Hence, this paper proposes two alternatives. First, it is proposed an algorithm that automatically find such small load increment size automatically, which not necessarily avoid large computations. Then, it is proposed a double simulation technique, in which the crack is forced to propagate through the localization zone.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.444-451
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2003
In this study, a new three-dimensional finite element analysis model of high-speed railway bridges considering train-bridge interaction, in which various improved finite elements are used for modeling structural members, is proposed. The box-type bridge deck of a railway bridge is modeled by the NFS(Nonconforming Flat Shell) elements with 6 degrees of freedom. Track structures are idealized using the beam finite elements with the offset of beam nodes and those on Winkler foundation with two parameters. And, the vehicle model devised for a high-speed train is employed, which has an articulated bogie system. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of a bridge-train system can be formulated. Finally, by deriving the equations of the forces acting on a bridge considering bridge-train interaction the complete system matrices of total bridge-train system can be constructed. As numerical examples of this study, 2-span PC box-girder bridge is analyzed and results are compared with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1411-1421
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1995
A rigid visco-plastic finite element method has been developed for modeling superplastic forming processes. The optimum pressure-time relationship for a target strain rate and thickness distributions was predicted using two-node line element based on membrane approximation for plane strain and axisymmetric condition. Analysis of superplastic forming was carried out using the developed program and the numerical results were compared to the values available in the literature for plane strain problems. For description of the contact between the dies and sheet, the direct projection method was applied to the complicated problem and the validity of the scheme was tested. Experiments for the various geometries such as hemisphere and cone were performed with the developed forming machine using the calculated optimum pressure-time curves. Comparison between analysis and experiments showed good agreement.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.2
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pp.153-168
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2016
Sloshing phenomenon is a complicated free surface flow problem that increases the dynamic pressure on the sidewalls and the bottom of the storage tanks. When the storage tanks are partially filled, it is essential to be able to evaluate the fluid dynamic loads on the tank's perimeter. In this paper, a numerical code was developed to determine the pressure distribution on the rectangular and trapezoidal storage tanks' perimeters due to liquid sloshing phenomenon. Assuming the fluid to be inviscid, the Laplace equation and the nonlinear free surface boundary conditions were solved using coupled boundary element - finite element method. The code performance for sloshing modeling was validated using Nakayama and Washizu's results. Finally, this code was used for partially filled rectangular and trapezoidal storage tanks and free surface displacement, pressure distribution and horizontal and vertical forces exerted on the tanks' perimeters due to liquid sloshing phenomenon were estimated and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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