Half-beads of multi-layer-steel cylinder head gaskets take charge of sealing of lubrication oil and coolant between the cylinder head and the block. Since the head lifts off periodically due to the combustion gas pressure, both the dynamic sealing performance and the fatigue durability are essential for the gasket. A finite element model of the halfbead has been developed and verified with experimental data. The half-bead forming process was included in the model to consider the residual stress effects. The model is employed to assess the dependence of the sealing performance and the fatigue durability on the design parameters of half-bead such as the width and height of bead and the flat region length. The assessment results show that the sealing performance can be enhanced without significant deterioration of the fatigue durability in a certain range of the half-bead width. In the other cases the improvement of sealing performance is accompanied by the loss of the fatigue durability. Among three parameters, the bead width has the strongest influence.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.2
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pp.51-58
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2008
This study is to investigate the ultimate shear load of prestressed girder made of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Nine girders were tested until failure in shear. An analytical model to predict the ultimate shear load was formulated based on the Two Bounds Theory. A fiber reinforcing model was constituted based on the random assumption of steel fiber uniform distribution. The predicted values were compared with the conventional predictions and the test results. The proposed equations for computing the ultimate shear strength can be used for the ultimate failure status analysis, which could also be utilized for numerical limit analysis of prestressed UHPFRC girder. The established fiber reinforcing theoretical model can also be a reference for micro-mechanics analysis of UHPFRC.
A nonlinear analysis model for internally confined hollow concrete-filled tube (ICH CFT) columns was suggested and was verified by the test results obtained by the previous researchers. The suggested model considered the confining effect and nonlinearity of concrete. The verified results showed that the suggested model was reasonable and reliable for predicting the behavior of an ICH CFT column. Additionally, a simple parametric study was carried out. The strength of concrete, the hollow ratio of a column, and the thickness of an inner tube were selected as parameters affecting the behavior of an ICH CFT column. The analysis results showed that the concrete strength and the thickness of the inner tube affect the axial strength and moment capacity of the column while the hollow ratio affects only its axial strength.
In the present work, the optimization of machining parameters to achieve the desired technological parameters such as surface roughness, tool radial vibration and material removal rate have been carried out using response surface methodology (RSM). The hard turning of EN19 alloy steel with coated carbide (GC3015) cutting tools was studied. The main problem faced in manufacturer of hard and high precision components is the selection of optimum combination of cutting parameters for achieving required quality of surface finish with maximum production rate. This problem can be solved by development of mathematical model and execution of experiments by RSM. A face centred central composite design (FCCD), which comes under the RSM approach, with cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) was used for statistical analysis. A second-order regression model were developed to correlate the cutting parameters with surface roughness, tool vibration and material removal rate. Consequently, numerical and graphical optimization were performed to obtain the most appropriate cutting parameters to produce the lowest surface roughness with minimal tool vibration and maximum material removal rate using desirability function approach. Finally, confirmation experiments were performed to verify the pertinence of the developed mathematical models.
This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
A certain amount of random vibration excitation to subway track is caused by subway operation. This excitation is transmitted through track foundation, tunnel, soil medium, and ground building to the ground and ground structure, causing vibration. The vibration affects ground building. In this study, the results of ANSYS numerical simulation was used to establish back-propagation (BP) neural network model. Moreover, a back-propagation neural network model consisting of five input neurons, one hidden layer, 11 hidden-layer neurons, and three output neurons was used to analyze and calculate the vertical Z-vibration level of New Capital's ground buildings of Qingdao Metro phase I Project (Line M3). The Z-vibration level under different working conditions was calculated from monolithic roadbed, steel-spring floating slab roadbed, and rubber-pad floating slab roadbed under the working condition of center point of 0-100 m. The steel-spring floating slab roadbed was used in the New Capital area to monitor the subway operation vibration in this area. Comparing the monitoring and prediction results, it was found that the prediction results have a good linear relationship with lower error. The research results have good reference and guiding significance for predicting vibration caused by subway operation.
He, Qun;Yam, Michael C.H.;Xie, Zhiyang;Lin, Xue-Mei;Chung, Kwok-Fai
Steel and Composite Structures
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v.44
no.4
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pp.587-602
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2022
In this study, the classical J2 flow theory is explicitly proved to be inappropriate to describe the plastic behaviour of structural steels under different stress states according to the reported test results. A numerical framework of the characterization of the strain hardening and ductile fracture initiation involving the effect of stress states, i.e., stress triaxiality and Lode angle parameter, is proposed based on the mechanical response of structural steels under monotonic loading. Both effects on strain hardening are determined by correction functions, which are implemented as different modules in the numerical framework. Thus, other users can easily modify them according to their test results. Besides, the ductile fracture initiation is determined by a fracture locus in the space of stress triaxiality, Lode angle parameter, and fracture strain. The numerical implementation of the proposed model and the corresponding code are provided in this paper, which are also available on GitHub. The validity of the numerical procedure is examined through single element tests and the accuracy of the proposed model is verified by existing test results.
Yu-Xiao Wu;Zi-Jian Fei;De-Cheng Feng;Meng-Yan Song
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4504-4517
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2023
After a loss of coolant accident (LOCA) in the prestressed concrete containment vessels (PCCVs) of nuclear power plants, the coupling of temperature and pressure can significantly affect the mechanical properties of the PCCVs. However, there is no consensus on how this coupling affects the failure mechanism of PCCVs. In this paper, a simplified finite element modeling method is proposed to study the effect of temperature and pressure coupling on PCCVs. The experiment results of a 1:4 scale PCCV model tested at Sandia National Laboratory (SNL) are compared with the results obtained from the proposed modeling approach. Seven working conditions are set up by varying the internal and external temperatures to investigate the failure mechanism of the PCCV model under the coupling effect of temperature and pressure. The results of this paper demonstrate that the finite element model established by the simplified finite element method proposed in this paper is highly consistent with the experimental results. Furthermore, the stress-displacement curve of the PCCV during loading can be divided into four stages, each of which corresponds to the damage to the concrete, steel liner, steel rebar, and prestressing tendon. Finally, the failure mechanism of the PCCV is significantly affected by temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.1
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pp.27-35
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2015
The material properties of crack growth models at an elevated temperature were derived from the results of numerous crack growth tests for Mod.9Cr-1Mo (ASME Grade 91) steel specimens under fatigue loading and creep loading at an elevated temperature. These crack growth models were needed for defect assessment under creep-fatigue loading. The mathematical crack growth rate models for fatigue crack growth (FCG) and creep crack growth (CCG) were determined based on the test results, and the models were compared with those of the French design code RCC-MRx to investigate the conservatism of the code. The French design code RCC-MRx provides an FCG model and a CCG model for Grade 91 steel in Section III Tome 6. It was shown that the FCG model of RCC-MRx is conservative, while the CCG model is non-conservative compared with the present test data. Thus, it was shown that further validation of the property was required. Mechanical strength tests and creep tests were also conducted, and the test results were compared with those of RCC-MRx.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1361-1368
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2011
Fatigue crack propagation behavior and the fatigue life in-high performance steel were investigated by means of fatigue crack propagation tests under constant loading conditions of 'R=0.1 and f=0.1 Hz', 'R=0.3 and f=0.3 Hz', and 'R=0.5 and f=0.5 Hz' for the load ratio and frequency, respectively. A modified Forman model was developed to describe the fatigue crack propagation behavior for the conditions. The modified Forman model is applicable to all fatigue crack propagation regions I, II, and III by implementing the threshold stress intensity factor range and the effective stress intensity factor range caused by crack closure. The results show that predicted fatigue lives of Forman and modified Forman models were 8,814 and 12,292 cycles, respectively when the crack propagated approximately 5.0 mm and the load ratio and frequency were both 0.1. Comparison of the test results indicates that the modified Forman model showed much more effective fatigue crack propagation behavior in high-performance steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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