For clarifying the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the multi-spot welded joints, this study has tried to carry out three-dimensional thermal elasto-plastic analysis on them. However, because the shape of multi-spot welded joints is not axi-symmetric, unlike the case of single-spot welded joint, the solution domain for simulation should be three-dimensional. Therefore, in this paper, from the results analyzed using the developed the three dimensional unstationary heat conduction and thermal elasto-plastic programs by an iso-parametric finite element method, mechanical characteristics and their production mechanism on single- and multispot welded joints were clarified. Moreover, effects of pitch length on temperature, welding residual stresses and plastic strain of multi-spot welded joints were evaluated, indicating that a pitch of 30mm was advantageous compared to a pitch of 15mm.
In the current investigation, large amplitude free vibration behavior of shallow curved pipes (tubes) made of functionally graded materials is investigated. Properties of the tube are distributed across the radius of the tube and are obtained by means of a power law function. It is also assumed that all thermo-mechanical properties are temperature dependent. The governing equations of the tube are obtained using a higher order shear deformation tube theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the tube. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large displacements and small strains. Uniform temperature elevation of the tube is also included into the formulation. For the case of tubes which are simply supported in flexure and axially immovable, the governing equations are solved using the two-step perturbation technique. Closed form expressions are provided to obtain the small and large amplitude fundamental natural frequencies of the FGM shallow curved tubes in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of thermal environment, radius ratio, and length to thickness ratio of the tube on the fundamental linear and non-linear frequencies.
The issue of quench is related to safety operation of large-scale superconducting magnet system fabricated by cable-in-conduit conductor. A numerical method is presented to simulate the thermal hydraulic quench characteristics in the superconducting Tokamak magnet system, One-dimensional fluid dynamic equations for supercritical helium and the equation of heat conduction for the conduit are used to describe the thermal hydraulic characteristics in the cable-in-conduit conductor. The high heat transfer approximation between supercritical helium and superconducting strands is taken into account due to strong heating induced flow of supercritical helium. The fully implicit time integration of upwind scheme for finite volume method is utilized to discretize the equations on the staggered mesh. The scheme of a new adaptive mesh is proposed for the moving boundary problem and the time term is discretized by the-implicit scheme. It remarkably reduces the CPU time by local linearization of coefficient and the compressible storage of the large sparse matrix of discretized equations. The discretized equations are solved by the IMSL. The numerical implement is discussed in detail. The validation of this method is demonstrated by comparison of the numerical results with those of the SARUMAN and the QUENCHER and experimental measurements.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
Welding of structure produces welding residual stresses which influence buckling strength, brittle fracture strength and cold crack on the weld parts. Therefore, it is very important to accurately analyze the residual stress before welding in order to guarantee the safety of weldment. If the weld length is long enough compared to the thickness and the breadth of plate, thermal and mechanical behaviors in the middle portion of the plate are assumed to be uniform along the thickness direction(z-axis). Thus, the following conditions(so-called plane deformation) can be assumed for the plate except near its end;1) distributions of stress and strain are independent on the z-axis;2) plane normal to z-axis before deformation remains plane during and after deformation. In this paper, plane-deformation thermal elasto-plastic problem is formulated by being based on the finite element method. Moreover special regards and paid to the fact that material properties in elastic and plastic region are temperature-dependence. And the method to solve the plane-deformation thermal elasto-plastic problem is shown by using the incremental technique. From the results of analysis, the characterisics of distribution of welding residual stress and plastic strain with the production mechanism are clarified.
The effects of geologic structures such as rock joins and bedding planes on the thermal conductivity of a discontinuous rock mass are studied. The expressions for the equivalent thermal conductivities of jointed rock masses are derived and found to be anisotropic. The degree of anisotropy depends primarily on the thermal properties contrast between the joint phase and surrounding intact rock, the joint density expressed as volume fraction and the inclination angle of the joint. Within the context of 2-dimensional finite element heat transfer scheme, the isotherms around a circular hole are analyzed for both the isotropic and anisotropic rock masses in 3 different thermal boundary conditions. i.e. temperature, heat flux and convection boundary conditions. The temperature in the stratified anisotripic rock mass is greatly influenced by the thermal properties of the rock formation in contact with the heat source. Using the excavation-temperature coupled elastic plastic finite element method, analyzed is the thermo-mechanical stability of a circular opening subjected to 10$0^{\circ}C$ at a depth of 527m. It is found that the thermal stress concentration was enough to deteriorate the stability and form a plastic yield zone around the opening, in contrast to the safety factor greater than 2 resulted form the excavation-only analysis.
Kim, Doo-Ho;Ji, Hyun-Jin;Kim, Ki-Youl;Cho, Sung-Baek
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.524-531
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2011
The cryogenic vessel, storing a liquified solutions as LOX and $LN_2$, consists of a external vessel, internal vessel, thermal insulator and internal support. The internal support should be satisfied with mechanical strength not only to support weight of internal tank but also to maintain uniform space between external and internal tank in spite of external mechanical shock. However, excessive structure design of internal supports is able to increase the amount of heat conduction and the rate of vaporization. The thermal insulator, filled with space between a external and internal vessel, reduces the rate of heat transfer and guarantees the standing time of cryogenic vessel. Especially powder type of insulator has low thermal conductivity and reduce the specification of structure design. In order to evaluate the effect of insulator on structure design, the experiment set-up simulated cryogenic vessel was tested in shock environment according to thermal insulator. As a result, the behavior of internal support under external shock was understood and the design criteria was able to be suggested.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.4
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pp.47-56
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2015
In this paper, the Thermal behavior and reliability characteristics of carbon CCL (Copper Claded Layer), which can be used as the core of HDI (High Density Interconnection) PCB (Printed Circuit Board) are evaluated through experiments and numerical analysis using CAE (Computer Aided Engineering) software. For the characterization of the carbon CCL, it is compared with the conventional FR-4 core and Heavy Cu core. From research results, the deformation amount of the flexure strength of PCB is the highest with pitch grade carbon and thermal behavior of PCB is lowest as temperature increases. In addition, TC (Thermal Cycling), LLTS (Liquid-to-Liquid Thermal Shock) and Humidity tests have been applied in the PCB with carbon core and the reliability of PCB with carbon core is confirmed through reliability tests. Also, possibility of uneven surface of the via hole and wear of the drill bit due to the carbon fibers are analyzed. surface of the via hole is uniform, the surface of the drill bit is smooth. Therefore, it is proved that the carbon CCL has the drilling workability of the same level as conventional core material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.5
s.236
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pp.633-642
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2005
Nucleate pool boiling experiments for R11 under a constant wall temperature condition were carried out. A microscale heater array was used for the heating and the measurement of high temporal and spatial resolution by the Wheatstone bridge circuit. Very sensitive heat flow rate data were obtained by the control for the surface condition with high time resolution. The measured heat flow rate shows a discernable peak at the initial growth stage and reaches an almost constant value. In the thermal growth region, bubble shows a growth proportional to $t^{\frac{1}{5}}$. The bubble growth behavior is analyzed with a dimensionless parameter to compare with the previous results in the same scale. As the wall superheat increases, the departure diameter and the departure time increase, and the waiting time decreases. But the asymptotic growth rate is not affected by the wall superheat change. The effect of the wall superheat is resolved into the suggested growth equation. Dimensionless parameters of time and bubble radius characterize the thermal growth behavior well, irrespective of wall condition. The comparison between the result of this study and the previous results shows a good agreement at the thermal growth region. The quantitative analysis for the heat transfer mechanism is conducted with the measured heat flow rate behavior and the bubble growth behavior. The required heat flow rate for the volume change of the observed bubble is about twice as much as the instantaneous heat flow rate supplied from the wall.
In unmanned aerial vehicles (UAV), the high temperature results from friction among the air, combustion of fuel in engine and combustion gas of a nozzle. The high temperature may cause serious damages in UAV structure. The Functionally Graded Material (FGM) is chosen as a material of thc engine duct structure. Thermal stress analysis of FGM is performed in this paper. FGM is composed of two constituent materials that are mixed up according to the specific volume fraction distribution in order to withstand high temperature. Therefore, hoop stress, axial stress and shear stress of duct with 2 layers, 4 layers and 8 layers FGM are compared and analyzed respectively. In addition, the creep behavior of FGM used in duct structure of an engine is analyzed for better understanding of FGM characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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