Many studies involving a thermal stress analysis using computational methods have been conducted, though there have been relatively few experimental attempts to investigate thermal stress phenomena. Casting products undergo thermal stress variations during the casting process as the temperature drops from the melting temperature to room temperature, with gradient cooling also occurring from the surface to the core. It is difficult to examine thermal stress states continuously during the casting process. Therefore, only the final states of thermal stress and deformations can be detemined. In this study, specimens sensitive to thermal stress, were made by a casting process. After which the residual stress levels in the specimens were measured by a hole drilling method with Electron Speckle-Interferometry technique. Subsequently, we examined the thermal stresses in terms of deformation during the casting process by means of a numerical analysis. Finally, we compared the experimental and numerical analysis results. It was found that the numerical thermal stress analysis is an effective means of understanding the stress generation mechanism in casting products during the casting process.
Cha, Sang Lyul;Lee, Yun;An, Gyeong Hee;Kim, Jin Keun
Computers and Concrete
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v.17
no.2
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pp.173-188
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2016
Generally, thermal stress induced by hydration heat causes cracking in mass concrete structures, requiring a thorough control during the construction. The prediction of the thermal stress is currently undertaken by means of numerical analysis despite its lack of reliability due to the properties of concrete varying over time. In this paper, a method for the prediction of thermal stress in concrete structures by adjusting thermal stress measured by a thermal stress device according to the degree of restraint is proposed to improve the prediction accuracy. The ratio of stress in concrete structures to stress under complete restraint is used as the degree of restraint. To consider the history of the degree of restraint, incremental stress is predicted by comparing the degree of restraint and the incremental stress obtained by the thermal stress device. Furthermore, the thermal stresses of wall and foundation predicted by the proposed method are compared to those obtained by numerical analysis. The thermal stresses obtained by the proposed method are similar to those obtained by the analysis for structures with internally as well as externally strong restraint. It is therefore concluded that the prediction of thermal stress for concrete structures with various boundary conditions using the proposed method is suggested to be accurate.
The plates made of two materials joined to each other having the different coefficient of thermal expansions are frequently encountered in the industrial applications. The stress analysis of these members under the effect of high-temperature variation has great importance in design. In this study, the stress analysis of the experimental model developed for the problem considered here was performed by the method of photothermoelasticity. The thermal strains were formed by the mechanical way and these were fixed by the strain freezing method. For the stress measurements, the method of slicing is applied which provides three-dimensional stress analysis. The analytical solution in the literature was compared with the related stress distribution obtained from the model. Moreover, the axisymmetric finite element model developed for the problem was solved by ABAQUS and the results obtained here compared with those of the experimental model and the analytical solution. As a result of this study, this experimental method and numerical model can be used for these type of thermal stress problems which have not been comprehensively analyzed yet.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.9
no.4
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pp.416-424
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2004
In this paper, the heat transfer analysis and thermal stress analysis of the PCB(Printed Circuit Board) equipped in electronic Packages are carried out for various may types of chips on the PCB. And two structural PCB models are used in the analyses. The electronic chips on the PCB usually emit heat and this heat generates the thermal stress around the chip. The thermal load due to the heat generation of chips on the PCB may cause the malfunction of the electronic packages such as a monitor. a computer etc. Hence, the PCB should be designed to withstand these thermal loads. In this paper, the heat transfer analysis and thermal stress analysis are executed for the PCB model with pins and the analysis results are compared with the results for the PCB model without pins. The analysis results show that the PCB model without pins is not good for the thermal stress analysis of PCB, even though these two models have similar heat transfer characteristics. The analysis results also show that the highest thermal stress occurs in the pin especially attached to the highest temperature chip, and the PCB constrained to the electronic package on the long side is structurally more stable than other cases. The analyses of the PCB are executed using the finite element analysis code, NISA.
It is well recognized that a excessive temperature gradient from the junction of head to skirt in axial direction in a hot pressure vessel can cause unpredicted high thermal stress at the junction and/or in axial direction of a skirt. this thermal stress resulting from axial thermal gradient may be a major cause of unsoundness of structural integrity. In case of cyclic operation of hot pressure vessels, the thermal stress becomes one of the primary design consideration because of the possibility of fracture as a result of cyclic thermal fatigue and progressively incremental plastic deformation. To perform thermal stress analysis of the junction and cylindrical skirt of a vessel, or, at least, to inspect quantitatively the magnitude and effect of thermal stress, the temperature profile of the vessel and skirt must be known. This paper demonstrated the temperature distribution and thermal stress analysis for the junction of skirt to head using F.E. analysis. Effect of air pocket in crotch space was quantitatively investigated to minimize the temperature gradient causing the thermal stress in axial direction. Effect of the skirt height on thermal stresses was also studied. Analysis results were compared with theoretical formulas to verify th applicability to the strength calculation in design field.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.842-846
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2005
A brake disk and a pad are important parts that affect the braking stability of a railway vehicle. Especially, because a brake disk stops the vehicle using conversion of the kinetic energy to frictional energy, thermal fatigue cracks are generated by the cyclic thermal load, as frictional heat, on a frictional surface and these cracks cause the fracture of a brake disk. Therefore, many researches for the thermal stress must be performed to improve the efficiency of brake disk and ensure the braking stability. In this study, we performed the thermal stress analysis for a ventilated brake disk with 3-D analysis model. For that, we simplified the shape of a ventilated hole to minimize problems that could be occurred in analysis process. Thermal stress analysis was performed in case that pressure distributions on a frictional surface is constant and is not. To determine pressure distributions of irregular case, pressure distribution analysis for a frictional surface was carried out. Finally using the results that were obtained through pressure distribution analysis, we carried out thermal stress analysis of each case and investigated the results of thermal stress analysis.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.4
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pp.34-40
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2009
The effect of frictional factors on thermal stress and deformation volume of motorcycle brake disk was studied by using a disk-on-pad type friction tester. It has an effect on the frictional factor such as applied load, sliding speed, sliding distance and number of ventilated disk hole. However, it is difficult to know the mutual relation of these factors. In this study, thermal stress and deformation volume by using design of experiment with 4 elements were investigated for thermal analysis with regression analysis. Thermal stress and thermal deformation are obtained by the application of temperature from mechanical test. From this study, the result showed that the motorcycle brake disk with ventilated hole 3 had the most excellent thermal stress and deformation volume. The regression equation had a trust rate of 95% for the prediction of thermal stress and deformation volume of motorcycle brake disk was composed.
The hot gas casing of gas turbine has operated high temperature and thermal gradient. The structure safety of hot gas casing will be highly depend on the thermal stress. In this paper, flow and thermal stress analysis of hot gas casing is carried out using ANSYS program. The obtained temperature data by flow analysis of hot gas casing apply the load condition of the thermal analysis. The thermal stress analysis is carry out the elastic-plasticity analysis. The pressure, temperature and velocity of the flow and thermal stress of the hot gas casing are presented.
Thermal stress and elastic creeping stress analysis was conducted by finite element method to simulate start-up process of a boiler header of 500MW standard fossil power plant. Start-up temperature and operating pressure history were simplified from the real field data and they were used for the thermal stress analysis. Two kinds of thermal stress analysis were considered. In the first case only temperature increase was considered and in the second case both of temperature and operating pressure histories were considered. In the first analysis peak stress was occurred during the temperature increase from the room temperature. Hence cracking or fracture may occur at the temperature far below the operating maximum temperature. In the results of the second analysis von Mises stress appeared to be higher after the second temperature increase. This is due to internal pressure increase not due to the thermal stress. When the stress components of radial(r), hoop($\theta$) and longitudinal(z) stress were investigated, compression hoop stress was occurred at inner surface of the stub tube when the temperature increased from room temperature to elevated temperature. Then it was changed to tension hoop stress and increased because of the operating pressure. It was expected that frequent start-up and shut-down operations could cause thermal fatigue damage and cracking at the stub tube hole in the header. Elastic-creeping analysis was also carried out to investigate the stress relaxation due to creep and stabilized stress after considerable elapsed time. The results could be used for assessing the creep damage and the residual life of the boiler header during the long-tenn service.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.567-574
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1991
In this study thermal stress generated in three ingot moulds(GC25) during the solidification process of aluminum were analyzed by the two-dimensional thermo-elasto-plastic theory. In temperature analysis, all of the three models are shown steep temperature rising each case in initial stage of cooling. In thermal stress analysis, all of three models took compressible stress on inside wall of the mould, and tensible along with on out side. Model 2 take place less compressible, tensible stress then model 1. But model 3. have similar as thermal stress as model 2. The analysis will made one possible to calculate an optimum mould shape whose thermal stress gradient becomes minimum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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