In this paper, geometrically non-linear finite element analyses were performed to study the mechanical behavior of the material system of the envelope of stratospheric airships. The microstructure of the load-bearing plain weave layer was identified and modeled. The Updated Lagrangian formulation was employed to consider the geometric non-linearity as well as the induced structural non-linearity for the fiber tows. The stress-strain behavior was predicted and the effective elastic modulus was calculated by numerical experiments. It was found the non-linear stress-strain curves were largely different from those by linear analysis. And non-linear elastic moduli were much higher than linear elastic moduli. The difference was more distinguishable when the tow waviness ratio was smaller.
In the sheet metal forming process, the drawbead is used to control the flow of material during the forming process. The drawbead provides proper restraining force to the material and prevents defects such as wrinkling or breakage. For these reasons, many studies for designing the effective drawbead have been conducted. For the analysis, the numerical method called the static-explicit finite element method was used. The finite element analysis code for this method has been developed and applied to the drawbead process problems. In result, convergence problem and computation time due to large non-linearity in the existing numerical analysis methods were no longer a critical problem. Futhermore, this approach could treat the contact friction problem easily by applying very small time intervals. It is expected that various results from the numerical analysis will give very useful information for the design of tools in sheet metal forming process.
The pneumatic driving system has advantages such as high output power per weight and low heat generation rate. However, it is difficult to control the position because of its strong non-linearity such as large friction forces compared to driving force, and heat transfer characteristics that change during operation. Therefore, in order to achieve the control objectives, a robust controller should be designed considering modeling error and model uncertainty. In this paper, a sliding mode controller is designed to improve the position control performance of pneumatic cylinder driving system. Experimental results show that the designed controller achieves the designed control objectives even if the model of the cylinder driving system, such as the initial pressure inside the cylinder and the initial position of the piston is changed.
Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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2002.11a
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pp.59-63
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2002
This paper reports on the fabrication process and characteristics of a ceramic thin-film pressure sensor based on Ta-N strain-gauges for harsh environment applications. The Ta-N thin-film strain-gauges are sputter-deposited on a thermally oxidized micromachined Si diaphragms with buried cavities for overpressure tolerance. The proposed device takes advantage of the good mechanical properties of single-crystalline Si as a diaphragm fabricated by SDB and electrochemical etch-stop technology, and in order to extend the temperature range, it has relatively higher resistance, stability and gauge factor of Ta-N thin-films more than other gauges. The fabricated pressure sensor presents a low temperature coefficient of resistance, high-sensitivity, low non-linearity and excellent temperature stability. The sensitivity is 1.21 ~ 1.097 mV/V.kgf/$\textrm{cm}^2$ in temperature ranges of 25~ $200^{\circ}C$ and a maximum non-linearity is 0.43 %FS.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.05a
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pp.192-196
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2002
This paper describes on the fabrication and characteristics of a metal thin-film pressure sensor based on Cr strain-gauges for harsh environment applications. The Cr thin-film strain-gauges are sputter-deposited onto a micromachined Si diaphragms with buried cavity for overpressure protectors. The proposed device takes advantages of the good mechanical properties of single-crystalline Si as diaphragms fabricated by SDB and electrochemical etch-stop technology, and in order to extend the operating temperature range, it incorporates relatively the high resistance, stability and gauge factor of Cr thin-films. The fabricated pressure sensor presents a low temperature coefficient of resistance, high-sensitivity, low non-linearity and excellent temperature stability. The sensitivity is 1.097~1.21 $mV/V{\cdot}kgf/cm^2$ in the temperature range of $25{\sim}200^{\circ}C$ and the maximum non-linearity is 0.43 %FS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.514-520
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2002
A new non-linear modelling of a straight pipe conveying fluid is presented for vibration analysis when the pipe is fixed at both ends. Using the Euler-Bernoulli beam theory and the non-linear Lagrange strain theory, from the extended Hamilton's principle are derived the coupled non-linear equations of motion for the longitudinal and transverse displacements. These equations of motion are discretized by using the Galerkin method. After the discretized equations are linearized in the neighbourhood of the equilibrium position, the natural frequencies are computed from the linearized equations. On the other hand, the time histories for the displacements are also obtained by applying the generalized-$\alpha$ time integration method to the non-linear discretized equations. The validity of the new modelling is provided by comparing results from the proposed non-linear equations with those from the equations proposed by Paidoussis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1624-1632
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2000
In the sheet metal forming process, the drawbead is used to control the flow of material during the forming process. The drawbead provides proper restraining force to the material and prevents defe cts such as wrinkling or breakage. For these reasons, many studies for designing the effective drawbead have been conducted. In this paper, the effect of the drawbead shape will be introduced. For the analysis, the numerical method called the static-explicit finite element method was used. The finite element analysis code for this method has been developed and applied to the drawbead process problems. In result, convergence problem and computation time due to large non-linearity in the existing numerical analysis methods were no longer a critical problem. Futhermore, this approach could treat the contact friction problem easily by applying very small time intervals. It is expected that various results from the numerical analysis will give very useful information for the design of tools in sheet metal forming process.
The main source of transverse vibration of a conveyor belt is frictional contact between pulley and belt. Also, environmental characteristics such as natural dampers and springs affect natural frequencies, stability and bifurcation points of system. These phenomena can be modeled by a small velocity fluctuation about mean velocity. Also, viscoelastic foundation can be modeled as the dampers and springs with continuous characteristics. In this study, non-linear vibration of a conveyor belt supported partially by a distributed viscoelastic foundation is investigated. Perturbation method is applied to obtain a closed form analytic solutions. Finally, numerical simulations are presented to show stiffness, damping coefficient, foundation length, non-linearity and mean velocity effects on location of bifurcation points, natural frequencies and stability of solutions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.10
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pp.24-31
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2006
In this paper, mechanical behavior of unidirectional composites with flexible matrix was predicted by geometrical non-linear finite element analysis. Two typical idealized unit cells of square and hexagonal fiber arrays were modeled and these were subjected to different loadings. The stress-strain behavior of composites was predicted from which the effective properties were calculated. The hyperelasticity of polyurethane matrix was considered using Mooney-Rivlin model. In result, the stress-strain behavior of flexible composites shows non-linearity, especially it is remarkable under transverse normal and shear loading conditions. In this cases, there are great difference between square and hexagonal fiber array models.
Analytical investigations were performed of a longitudinal crack representing a cylindrical surface in circular shafts loaded in torsion with taking into account the non-linear material behavior. Both functionally graded and multilayered shafts were analyzed. It was assumed that the material is functionally graded in radial direction. The mechanical behavior of shafts was modeled by using non-linear constitutive relations between the shear stresses and shear strains. The fracture was studied in terms of the strain energy release rate. Within the framework of small strain approach, the strain energy release rate was derived in a function of the torsion moments in the cross-sections ahead and behind the crack front. The analytical approach developed was applied to study the fracture in a clamped circular shaft. In order to verify the solution derived, the strain energy release rate was determined also by considering the shaft complimentary strain energy. The effects were evaluated of material properties, crack location and material non-linearity on the fracture behavior. The results obtained can be applied for optimization of the shafts structure with respect to the fracture performance. It was shown that the approach developed in the present paper is very useful for studying the longitudinal fracture in circular shafts in torsion with considering the material non-linearity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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