Concrete filled steel tubular (CFST) composite girder is a new type of structures for bridge constructions. The existing design codes cannot be used to predict the thermal stress in the CFST truss girder structures under solar radiation. This study is to develop the temperature gradient curves for predicting thermal stress of the structure based on field and laboratory monitoring data. An in-field testing had been carried out on Ganhaizi Bridge for over two months. Thermal couples were installed at the cross section of the CFST truss girder and the continuous data was collected every 30 minutes. A typical temperature gradient mode was then extracted by comparing temperature distributions at different times. To further verify the temperature gradient mode and investigate the evolution of temperature fields, an outdoor experiment was conducted on a 1:8 scale bridge model, which was installed with both thermal couples and strain gauges. The main factors including solar radiation and ambient temperature on the different positions were studied. Laboratory results were consistent with that from the in-field data and temperature gradient curves were obtained from the in-field and laboratory data. The relationship between the strain difference at top and bottom surfaces of the concrete deck and its corresponding temperature change was also obtained and a method based on curve fitting was proposed to predict the thermal strain under elevated temperature. The thermal stress model for CFST composite girder was derived. By the proposed model, the thermal stress was obtained from the temperature gradient curves. The results using the proposed model were agreed well with that by finite element modelling.
In this paper, we propose a 2D-FE model in single impact with combined physical factors to obtain a unique residual stress by shot peening. Applied physical parameters include elastic-plastic deformation of shot ball, material damping coefficients, strain rate, dynamic friction coefficients. Single impact FE model consists of 2D axisymmetric elements. The FE model with combined factors showed converged and unique distributions of surface stress, maximum compressive residual stress and deformation depth. Further, in contrast to the FE models with rigid shot and elastic deformable shot, FE model with plastic deformable shot produces residual stresses very close to experimental solutions by X-ray diffraction. We therefore validated the 2D FE model with combined peeing factors and plastic deformable shot. This FE model will be a base of the 3D FE model for residual stresses by multi-impact shot peening.
The purpose of this study was to evaluate the effect of materials and sizes of files on canal transportation in a curved canal. The stress and the strain energy of files of two kinds of materials (stainless steel and NiTi) and five sizes (No. 20, 25, 30, 35 and 40) in a curved canal were analyzed by a finite element program, NASTRAN. Curved canals in transparent resin blocks were instrumented with the 10 kinds of files, and the degree of canal transportation obtained by double exposure technique of photography was compared with the analysis by the finite element method. The results were as follows : 1. The stress of a file in a curved canal increased from the file body to the file tip. 2. The stress of a stainless steel file was about 2.5 times greater than that of a same-sized NiTi file. 3. The stress distributions of files of an identical material were the same, and the strain energies of files of an identical material increased as the size of files increased. 4. The strain energy of a No. 35 NiTi file was about the same as that of a No. 20 stainless steel file. 5. The degree of canal transportation by a stainless steel file was greater than that by a same-sized NiTi file. The degree of canal transportation generally increased as the size of a file increased. 6. The degree of canal transportation of a No. 35 NiTi file was about the same as that of a No. 20 stainless steel file.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.8
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pp.857-862
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2014
The research on a thermal stress control layer (TSCL) begins to undertake to reduce residual stress and strain in the vicinity of the joined region between the hardfacing layer and the base part. The goal of this paper is to estimate the material combination and the thickness of TSCL for the Stellite21 hardfaced STD61 hot working tool steel via three-dimensional finite element analysis (FEA). TSCL is created by the combination of Stellite21 and STD61. The thickness of TSCL ranges from 0.5 mm to 1.5 mm. The influence of the material combination and the thickness of TSCL on temperature, thermal stress and thermal strain distributions of the hardfaced part have been investigated. The results of the investigation have been revealed that a proper material combination of TSCL is Stellite21 of 50 % and STD61 of 50 %, and its appropriate thickness is 1.0 mm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.145-153
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1991
A numerical simulation of the nonsteady state rolling process in the plane strain condition is presented in the basis of the rigid-plastic finite element method by considering large deformation. In order to apply the large deformation theory to the numerical method for sheet rolling problems, constitutive equation relating 2nd-Piola Kirchhoff stress and Lagrangian strain which reflect geometrical nonlinearity is used. To confirm the validity of the developed algorithm, the analysis of the neutral flow region, roll separating force, torque, pressure and stress/strain distributions on the workpiece is conducted from the bite of the material until the steady state is reached. The computed results of the roll force and torque in the present finite element analysis are lower than those corresponding to small strain theory. The pressure distribution at the work piece-roll interface is found to show the typical 'friction hill' type only. The peak value in near the neutral region, however, is good agrements with the existing results. the neutral region, however, is good agrements with the existing results. The frictional force at the roll interface provide detailed information about the neutral point where the shear forces change direction. In addition, the analysis also includes the effect and influence of material condition, strip thickness, work roll diameter, as well as roll speed and lubricant on each deformation process.
Welding processes cause undesirable problems, such as residual stresses and deformations due to the thermal loads imposed by local heating, melting, and cooling processes. This paper presents a computational modeling technique to simulate the Gas Metal Arc Welding (GMAW) process, emphasizing the effect of the melting bead on the residual stress distribution. Both a three-bar analogy and a three-dimensional thermo-mechanical finite element analysis are carried out in order to explain the effect. Element (de)activation, enthalpy, and adjustment of the reference temperature of thermal strain are considered with respect to the effect of the weld filler metal added to the base metal during a thermo-elastic-plastic analysis. Stress distributions obtained by the present study are compared with measured values and available data from other studies. The effect of the melting bead on the residual stress distribution is discussed and demonstrated.
This paper is concerned with the wave propagation behavior of rotating functionally graded temperature-dependent nanoscale beams subjected to thermal loading based on nonlocal strain gradient stress field. Uniform, linear and nonlinear temperature distributions across the thickness are investigated. Thermo-elastic properties of FG beam change gradually according to the Mori-Tanaka distribution model in the spatial coordinate. The nanobeam is modeled via a higher-order shear deformable refined beam theory which has a trigonometric shear stress function. The governing equations are derived by Hamilton's principle as a function of axial force due to centrifugal stiffening and displacement. By applying an analytical solution and solving an eigenvalue problem, the dispersion relations of rotating FG nanobeam are obtained. Numerical results illustrate that various parameters including temperature change, angular velocity, nonlocality parameter, wave number and gradient index have significant effect on the wave dispersion characteristics of the understudy nanobeam. The outcome of this study can provide beneficial information for the next generation researches and exact design of nano-machines including nanoscale molecular bearings and nanogears, etc.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.4
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pp.427-436
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2014
The goal of this paper is to estimate proper hardfacing material and thickness of STD61 hot-working tool steel through three-dimensional heat transfer and thermal stress analyses. Stellite6, Stellite21 and 19-9DL superalloys are chosen as alternative hardfacing materials. The influence of hardfacing materials and thicknesses on temperature, thermal stress and thermal strain distributions of the hardfaced part are investigated using the results of the analyses. From the results of the investigation, it has been noted that a hardfacing material with a high conductivity and a thinner hardfaced layer are desired to create an effective hardfacing layer in terms of heat transfer characteristics. In addition, it has been revealed that the deviation of effective stress and principal strain in the vicinity of the joined region are minimized when the Stellite21 hardfaced layer with the thickness of 2 mm is created on the STD61. Based on the above results, a proper hardfacing material and thickness for STD61 tool steel have been estimated.
The important elements in pavement design criteria are the stress and strain distributions. To obtain reasonable stress and strain distribution, tire contact area and tire pressures are very important. This study presents a viscoelastic characterization of flexible pavement subjected to moving loads. During the test, both longitudinal and lateral strains were measured at the bottom of asphalt layers and in-situ measurements were compared with the results of numerical analysis. A 3-dimension finite element model was used to simulate each test section and a step loading approximation has been adopted to analyze the effect of a moving vehicle on pavement behaviors. For viscoelastic analysis, relaxation moduli, E(t), of asphalt mixtures were obtained from laboratory test. Field responses reveal the strain anisotropy (i.e., discrepancy between longitudinal and lateral strains), and the amplitude of strain normally decreases as the vehicle speed increases. In most cases, lateral strain was smaller than longitudinal strain, and strain reduction was more significant in lateral direction.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.5
no.2
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pp.3-9
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2006
HSM(High-speed Machining) is widely used in rapid manufacturing of precision products and molds of various materials. Improvement in cutting efficiency is one of the important subjects in the HSM process. To analyse the dynamic behavior during a very short cutting time, the computational analysis code, LS-DYNA3D, was employed for the simulation of the mechanism of HSM for aluminium 7075. This cutting mechanism includes some difficult points in simulation, for example, material and geometrical non-linearity, high-speed dynamic impact, contact with friction, etc. In this paper, a finite element model considering the strain rate effect is proposed to predict the cutting phenomena such as chip deformation, strain and stress distributions, which will help us to design the HSM process.
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