Purpose: This study was conducted to experimentally investigate the structural safety of and identify critical locations in a front-end loader under impact loads. Methods: Impact and static tests were conducted on a commonly used front-end loader mounted on a tractor. In the impact test, the bucket of the front-end loader with maximum live load was raised to its maximum lift height and was allowed to free fall to a height of 500 mm above the ground where it was stopped abruptly. For the static test, the bucket with maximum live load was raised and held at the maximum lift height, median height, and a height of 500 mm from the ground. Strain gages were attached at twenty-three main locations on the front-end loader, and the maximum stresses and strains were measured during respective impact and static tests. Results: Stresses and strains at the same location on the loader were higher in the impact test than in the static test, for most of measurement locations. This indicated that the front-end loader was put under a severe environment during impact loading. The safety factors for stresses were higher than 1.0 at all locations during impact and static tests. Conclusions: Since the lowest safety factor was higher than 1.0, the front-end loader was considered as structurally safe under impact loads. However, caution must be exercised at the locations having relatively low safety factors because failure may occur at these locations under high impact loads. These important design locations were identified to be the bucket link elements and the connection elements between the tractor frame and front-end loader. A robust design is required for these elements because of their high failure probability caused by excessive impact stress.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.4
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pp.16-22
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2004
Shape optimization was performed to obtain the precise shape of cutouts including the internal shape of cutouts in laminated composite plates by three dimensional modeling using solid element. The volume control of the growth-strain method was implemented and the distributed parameter chosen as Tsai-Hill fracture index for shape optimization. The volume control of the growth-strain method makes Tsai-Hill failure index at each element uniform in laminated composites under the initial volume. Then shapes optimized by Tsai-Hill failure index were compared with those of the initial shapes for the various load conditions and cutouts. The following conclusions were obtained in this study (1) It was found that growth-strain method was applied efficiently to shape optimization of three dimensional cutouts in a laminated composite plate, (2) The optimal shapes on the various load conditions and cutouts were obtained, (3) The maximum Tsai-Hill failure index was reduced up to 67% when shape optimization was performed under the initial volume by volume control of growth-strain method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.5
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pp.625-634
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1986
The strain distribution on a welded aluminum alloy transition joint produced by a static tensile load has been measured using a moire method combined with photoelastic coating method. The test specimens were made of aluminum alloy 6061-T6 and 2014-T6 butt welded with ER-4043 filler metal, and were post welded heat treated (solid solution heat treatment 502.deg. C 70min.) and precipitated (artificial aging 171.deg. C 600min.) to cause an abrupt change of mechanical properties between the base metals and weld metal. The photoelastic epoxy rubber was cemented on the specimen grating which had been reproduced on the specimen surface by using an electropolishing. The measurements were compared with strains computed by Finite Element Analysis. The following results were abtained. (1) The maximum strain were distributed along the center line in the transverse directiion of the weld metal. (2) The strain gradient along the fusion line increased approaching the V-groove tip and the maximum value was observed at a quarter of width from the V-groove tip. (3) The moire method combined with photoelastic coating was proved very useful for real time strain measurement in the welded aluminum alloy transition joint.
The purpose of this study is to evaluate the structural safety at the topside weldment of hull structure, which was welded after launching. For it, the variations of residual stress and distortion at the topside weldment with loading conditions such as hull girder hogging bending moment after launching and free initial loading state was evaluated by using FEA. And the maximum stress range at the weldment under design loads specified by classification society was evaluated by FEA. In this case, the residual stress and welding distortion at the topside weldment was assumed to be initial imperfection. In accordance with FEA results, regardless of initial loading condition, tensile residual stress was found. However, the residual stress and welding distortion at the topside weldment produced under hogging condition was less than those of topside weldment under free loading state. That is, the amount of residual stress at the topside weldment decreased with an increase in the amount of tension load caused by hogging condition. It was because the compressive thermal strain at the topside weldment produced during welding was reduced by tensile load. However, the maximum stress range at the topside weldment under maximum hull girder bending moment was almost similar regardless of initial loading condition. So, if the problem related to the soundness of weldment is not introduced by initial load, the effect of initial loading condition during welding on fatigue strength of topside weldment could be negligible.
For a marine bridge foundation construction, a large-circular-steel-pipe has been proposed for supporting vertical load and preventing water infiltration. However, a ship collision can adversely affect the structural stability. This paper presents a fundamental study on dynamic responses of the large-circular-steel-pipe by an impact load. In laboratory experiments, small-scaled steel pipe is installed in a soil tank. The soil height and water level are set to 23 cm and 25~70 cm, respectively. The upper part of the steel pipe is impacted using a hammer to simulate the ship collision. The dynamic responses are measured using accelerometers and strain gauges. Experimental results show that the strain decreases as the measured location is lowered. The higher frequency components appear in the impact load condition compared to the microtremor condition. However, the higher frequency components measured at the strain gauge located below the water level do not appear. For the accelerometer signal, the maximum frequency under the impact load is higher than that of the microtremor. The maximum frequency decreases as water level increases but it is larger than the maximum frequency of the microtremor. This study shows that strain gauge and accelerometer can be useful for evaluating the dynamic responses of large-circular-steel-pipes.
In this paper the strain energy density (SED) model is used to analyze the seismic behavior of suspen-domes and a new criterion is established for judging the seismic failure based on a characteristic point in the SED model. Firstly, a nonlinear time-history response analysis was carried out using the finite-element package ANSYS for typical suspen-domes subjected to different ground motions. The seismic responses including nodal displacements, ratios of yielding members, strain energy density and structural maximum deformation energy were extracted corresponding to the increasing peak ground acceleration (A). Secondly, the SED sum ($I_d$) was calculated which revealed that the $I_d-A$ curve exhibited a relatively large change (called a characteristic point) at a certain value of A with a very small load increment after the structures entered the elastic-plastic state. Thirdly, a SED criterion is proposed to judge the seismic failure load based on the characteristic point. Subsequently, the case study verifies the characteristic point and the proposed SED criterion. Finally, this paper describes the unity and application of the SED criterion. The SED method may open a new way for structural appraisal and the SED criterion might give a unified criterion for predicting the failure loads of various structures subjected to dynamic loads.
Kim, Hyeong-Joo;Lee, Kwang-Hyung;Jo, Sung-Kyeong;Jamin, Jay C.
Ocean Systems Engineering
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v.4
no.4
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pp.309-325
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2014
Geotextile tubes are basically a huge sack filled with sand or dredged soil. Geotextile tubes are made of permeable woven or non-woven synthetic fibers (i.e., polyester or PET and polypropylene or PP). The geotextile tubes' performances in strength, dewatering, retaining solid particles and stacked stability have been studied extensively in the past. However, only little research has been done in the observation of the deformation behavior of geotextile tubes. In this paper, a large-scale apparatus for geotextile tube experiment is introduced. The apparatus is equipped with a slurry mixing station, pumping and delivery station, an observation station and a data station. For this study the large-scale apparatus was utilized in the studies regarding the stresses on the geotextile and the deformation behavior of the geotextile tube. Model tests were conducted using a custom-made woven geotextile tubes. Load cells placed at the inner belly of the geotextile tube to monitor the total soil pressure. Strain gauges were also placed on the outer skin of the tube to measure the geotextile strain. The pressure and strain sensors are attached to a data logger that sends the collected data to a desktop computer. The experiment results showed that the maximum geotextile strain occurs at the sides of the tube and the soil pressure distribution varies at each geotextile tube section.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.9
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pp.1337-1343
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2004
Shape optimization was performed to obtain a precise shape of cutouts including the internal shape of cutouts in a laminated composite plate by three dimensional modeling using solid element. Volume control of the growth-strain method was implemented and the distributed parameter chosen as Tsai-Hill fracture index for shape optimization. It makes Tsai-Hill failure index at each element uniform in laminated composites under the predetermined volume a designer requires. Shapes optimized by Tsai-Hill failure index were compared with those of the initial shapes for the various load conditions and cutouts. The following conclusions were obtained in this study; (1) It was found that growth-strain method was applied efficiently to shape optimization of three dimensional cutouts in a laminate composite, (2) The optimal shapes of the various load conditions and cutouts were obtained, (3) The maximum Tsai-Hill failure indices of the optimal shapes were remarkably reduced comparing with those of the initial shapes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1302-1308
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2002
Thermo-mechanical and flexural behavior of a wire-bond plastic ball grid array (WB-PBGA) package are characterized by high sensitive moire interferometry. Moire fringe patterns are recorded and analyzed for several bending loads and temperatures. At the temperature higher than $100^{\circ}C$, the inelastic deformation in solder balls become more dominant, so that the bending of the molding compound decreases while temperature increases. The deformation caused by thermally induced bending is compared with that caused by mechanical bending. The strain results show that the solder ball located at the edge of the chip has largest shear strain by the thermal load while the maximum average shear strain by the bending moment occurs in the end solder.
In this study, specimens were made with profile thicknesses and shear reinforcement as parameters. The bending and shear behavior were checked, and comparative analysis was conducted of the results and the theoretical values in order to see the applicability of T-section Modular Composite Profiled Beams (TMPB). In TMPB, the profiles of formwork functions play a structural role resisting the load. Also, the module concept, which is introduced into TMPB, has advantages: it can be mass-produced in a factory, it is lighter than an existing H-beam, it can be fabricated on the spot, and its section size is freely adjustable. The T1 specimens exhibited ductile behavior, where the whole section displayed strain corresponding to yielding strain at least without separation between modules. They also exhibited maximum strength similar to the theoretical values even if shear reinforcement was not applied, due to the marginal difference between shear strength and maximum bending monment of the concrete section. A slip between modules was incurred by shear failure of the bolts in all specimens, excluding the T1 specimen, and therefore bending moment could not be fully displayed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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