In this paper, the elastic epoxy added elastomer having viscoelasticity to existing epoxy was measured thermal, structural properties through TGA(Thermogravimetric Analysis) and FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope). Specimens were made of dumbbell forms by the ratio of 5[phr], 10[phr], 15[phr], and 20[phr] by regulation with elastomer contents. The measurement temperature dimensions of TGA were $0[^{\circ}C]\;to\;800[^{\circ}C]$, and rising temperature was $5[^{\circ}C/min]$. And we observed structure through FESEM at the magnification of 1000times with the voltage of 15[kV] after breaking by quenching specimens. As thermal analysis results, we could know that thermal and structural properties was improved quantity according to decrease of elastomer contents. In general, thermal, structural properties of 15[phr] was excellent among the specimens.
Mechanical components are to be produced with accurate dimensions in order to function properly in assemblies of a machine. Once designs of mechanical components are created, designers examine the designs by adopting many known experimental methods. A primary test method includes stress and strain evaluation of structural parts. In addition, fatigue test and vibration analysis are an important test method for mechanical components. Real experiments at a laboratory are established when products are manufactured. Since design changes should be done before producing the designs in factories, rapid modifications for new designs are required in production industries. FEM simulation is a proper choice for a design evaluation with speed at a detail stage in design process. This research focuses modeling and mechanical simulation of a mechanical component in order to ensure structural safety. In this paper, a universal joint, being used in driving axels of vehicles, is studied as a target component. A design model is created and tested in some ways by using commercial software of FEM. The designed component is being twisted to transmit heavy power and thus, torsional stress should be under strengths of the component's material. The next is fatigue analysis to convince fatigue cycles to be within the endurance limit of the material. Another test is a vibration analysis for rotational components. This research draws final conclusions from these test analyses and recommends whether the designed model is under safety condition in terms of mechanical structure.
In order to reduce the usage of cement slurry in grouting engineering and consume the tunnel excavation waste soil, a new geopolymeric grouting material (GGM) was prepared by combine completely weathered granite (CWG) and blast-furnace slag (BFS), which can be applied to in-situ grouting treatment of completely weathered granite strata. The results showed CWG could participate in the geopolymerization process, and GGM slurry has the characteristics of short setting time, high flowability, low viscosity, high stone rate and high mechanical strength, and a design method of grouting pressure based on viscosity evolution was proposed. By adjusted the content of completely weathered granite and alkali activator concentration, the setting time of GGM were ranged from 5 to 30 minutes, the flowability was more than 23.5 cm, the stone rate was higher than 90%, the compressive strength of 28 days were 7.8-16.9 MPa, the porosity were below 30%. This provides a novel grouting treatment and utilizing excavated soil of tunnels in the similar strata.
Molded pulp products has become more attractive than traditional materials such as expanded polystyrene foam (EPS) owing to low-priced recycled paper, environmental benefits such as biodegradability, and low production cost. In this study, various design factors regarding compression and cushioning characteristics of the molded pulp cushion with truncated pyramid-shaped structural units were analyzed using a test specimen with multiple structural units. The adopted structural factors were the geometric shape, wall thickness, and depth of the structural unit. The relative humidity was set at two levels. We derived the cushion curve model of the target molded pulp cushion using the stress-energy methodology. The coefficient of determination was approximately 0.8, which was lower than that for EPS (0.98). The cushioning performance of the molded pulp cushion was affected more by the structural factors of the structural unit than by the material characteristics. Repeated impacts, higher static stress, and drop height decreased the cushioning performance. Its compression behavior was investigated in four stages: elastic, first buckling, sub-buckling, and densification. It had greater rigidity during initial deformation stages; then, during plastic deformation, the rigidity was greatly reduced. The compression behavior was influenced by structural factors such as the geometric shape and depth of the structural unit and environmental conditions, rather than material properties. The biggest difference in the compression and cushioning characteristics of molded pulp cushion compared to EPS is that it is greatly affected by structural factors, and in addition, strength and resilience are expected to decrease due to humidity and repetitive loads, so future research is needed.
In this paper, We propose the initial shape finding and dynamic analysis of cable dome structure are presented. Cable dome that is consist of three component such as cable, strut and fabric membrane have complex structural characteristics. Main structural system of cable dome is cable-strut tensegric system, and fabric membrane element Is conceived as cladding roof material. One of the important problem of cable dome is shape finding of those subjected to cable and membrane forces, which stabilize the structures. And the other is structural response from external load effect such as snow and wind When cable dome are subjected to dynamic load such as wind load each structural component has many important problem because of their special structural characteristics. One problem is that geometrical nonlinearity should be considered in the dynamic analysis because large deformation is occurred from their flexible characteristic. The other problem is that wrinkling occurs occasionally because cable and membrane elements can not transmit compressive forces. So this paper describe the physical structural response of cable dome structure.
It is necessary to perform the research works on the general structural designs and optimum structural designs of double hull tankers and bulk carriers due to the newly built Common Structural Rules(CSR). In this study, an optimum structural design of a mid-ship part of double hull oil tanker was carried out by using the CSR. An optimum structural design program was developed by using the Pareto optimal based multi-objective function method. The hull weight and fabrication cost obtained by the single and multi-objective function methods were compared with existing ship by the consideration of CSR and material cost which is recently increasing.
The purpose is to evaluate the structural characteristics of 750 mm diameter injection spiral blades under various operating conditions. A fiber-glass reinforced polypropylene material was employed to the injection blades, and mechanical tests on two kinds of glass-reinforced polypropylene were performed to evaluate the mechanical properties and to select a suitable candidate material. Also, three kinds of spiral blade geometries were studied to observe the influence of fixing rods between blades. For this, structural analyses were conducted to understand the role of fixing rods under a range of rotating speed. In addition, modal analysis was performed to confirm the resonance in the operating speed range. One-way fluid-structure interaction (FSI) analysis was carried out to know its mechanical integrity under dangerous wind speed conditions. Through this work, the structural characteristics of the proposed spiral blade geometries were studied under various operating conditions, and the requirements of mechanical properties of blades were determined.
Kim, Hyun-Seok;Kim, Hyun-Sung;Park, Byoungjae;Lee, Kangsu
한국해양공학회지
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제34권4호
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pp.263-271
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2020
In this study, we performed a three-dimensional (3D) topology optimization of a fixed offshore structure to enhance its structural stiffness. The proposed topology optimization is based on the solid isotropic material with penalization (SIMP) method, where a volume constraint is applied to utilize an equivalent amount of material as that used for the rule-based scantling design. To investigate the effects of the main legs of the fixed offshore structure on its structural stiffness, the leg region is selectively considered in the design domain of the topology optimization problem. The obtained optimal designs and the rule-based scantling design of the structure are manufactured by 3D metal printing technology to experimentally validate the topology optimization. The behaviors under compressive loading of the obtained optimal designs are compared with those of the rule-based scantling design using a universal testing machine (UTM). Based on the structural experiments, we concluded that by employing the topology optimization method, the structural stiffness of the structure was enhanced compared to that of the rule-based scantling design for an equal amount of the fabrication material. Furthermore, by effectively combining the topology optimization and rule-based scantling methods, we succeeded in enhancing the structural stiffness and improving the breaking load of the fixed offshore structure.
The existing concrete bridges are time-varying working systems, where the maintenance strategy should be planned according to the time-varying performance of the bridge. This work proposes a time-dependent residual capacity assessment procedure, which considers the non-stationary bridge load effects under growing traffic and non-stationary structural deterioration owing to material degradations. Lifetime bridge load effects under traffic growth are predicated by the non-stationary peaks-over-threshold (POT) method using time-dependent generalized Pareto distribution (GPD) models. The non-stationary structural resistance owing to material degradation is modeled by incorporating the Gamma deterioration process and field inspection data. A three-span continuous box-girder bridge is illustrated as an example to demonstrate the application of the proposed procedure, and the time-varying reliability indexes of the bridge girder are calculated. The accuracy of the proposed non-stationary POT method is verified through numerical examples, where the shape parameter of the time-varying GPD model is constant but the threshold and scale parameters are polynomial functions increasing with time. The case study illustrates that the residual flexural capacities show a degradation trend from a slow decrease to an accelerated decrease under traffic growth and material degradation. The reliability index for the mid-span cross-section reduces from 4.91 to 4.55 after being in service for 100 years, and the value is from 4.96 to 4.75 for the mid-support cross-section. The studied bridge shows no safety risk under traffic growth and structural deterioration owing to its high design safety reserve. However, applying the proposed numerical approach to analyze the degradation of residual bearing capacity for bridge structures with low safety reserves is of great significance for management and maintenance.
In this paper, free vibration of a sandwich curved beam with a functionally graded (FG) core was investigated. Closed-form formulations of two-dimensional (2D) refined higher order beam theory (RHOBT) without neglecting the amount of z/R was derived and used. The present RHOBT analysis incorporated a trapezoidal shape factor that arose due to the fact that stresses through the beam thickness were integrated over a curved surface. The solutions presented herein were compared with the available numerical and analytical solutions in the related literature and excellent agreement was obtained. Effects of some dimensionless parameters on the structural response were investigated to show their effects on fundamental natural frequency of the curved beam. In all the cases, variations of the material constant number were calculated and presented. Effect of changing ratio of core to beam thickness on the fundamental natural frequency depended on the amount of the material constant number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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