Rapid mold heating has been recent issue to enable the injection molding of thin-walled parts or micro/nano structures. High-frequency induction is an efficient way to heat mold surface by electromagnetic induction in a non-contact manner, and has been recently applied to the injection molding due to its capability of rapid heating and cooling of mold surface. The present study covers a three-dimensional finite element analysis to investigate heating efficiency and structural safety of the induction heating process of an injection mold. To simulate the induction heating process, an integrated simulation method is proposed by effectively connecting an electromagnetic field analysis, a transient heat transfer analysis and a thermal stress analysis. The estimated temperature changes are compared with experimental measurements for various types of induction coil, from which heating efficiency according to the coil shape is discussed. The resulting thermal stress distributions of the mold plate for various types of induction coils are also evaluated and discussed in terms of the structural safety.
Joints or weak planes can induce anisotropy in the strength and deformability of fractured rock masses. Comprehending this anisotropic behavior is crucial to engineering geology. This study used plaster as a friction material to mold specimens with a single joint. The strength and deformability of the specimens were measured in true triaxial compression tests. The measured results were compared with three-dimensional numerical analysis based on the distinct element method, conducted under identical conditions, to assess the reliability of the modeled values. The numerical results highlight that the principal stress conditions in the field, in conjunction with joint orientations, are crucial factors to the study of the strength and deformability of fractured rock masses. The strength of a transversely isotropic rock mass derived numerically considering changes in the dip angle of the joint notably increases as the intermediate principal stress increases. This increment varies depending on the dip of the joint. Moreover, the interplay between the dip direction of the joint and the two horizontal principal stress directions dictates the strength of the transversely isotropic rock mass. For a rock mass with two joint sets, the set with the steeper dip angle governs the overall strength. If a rock bridge effect occurs owing to the limited continuity of one of the joint sets, the orientation of the set with longer continuity dominates the strength of the entire rock mass. Although conventional three-dimensional failure criteria for fractured rock masses have limited applicability in the field, supplementing them with numerical analysis proves highly beneficial.
This study compares the revised method in loose saturated sandy ground where the LNG storage tank will be installed with an evaluation method by one-dimensional effective stress analysis using the UBC3D-PLM model. Various laboratory and field tests were conducted to establish the parameters necessary for evaluation. The revised liquefaction evaluation method using the seismic response analysis result and N value from standard penetration testing evaluated the possibility of liquefaction as high, but assessment using effective stress analysis, which can consider various liquefaction resistance factors, found the site to be somewhat stable against liquefaction. One-dimensional finite element analysis using UBC3D-PLM modeling facilitated easier assessment of stability against liquefaction than the other methods and minimized the area required for reinforcement against liquefaction. In addition, it is expected that two-and three-dimensional numerical analysis considering the foundation of the LNG storage tank can identify the seismic design and behavior when liquefaction occurs.
The coefficient of consolidation has been evaluated using the conventional oedometer tests based on the one-dimensional consolidation theory. In the field, however, the actual response of the soil will be subject to the three-dimensional condition during consolidation. In this research, a new method f3r estimating the coefficient of consolidation for various stress-deformation conditions was proposed. The good agreement between the computed dissipation of pore pressure and the measured data confirms the usefulness and the applicability of the proposed method to predict the exact rate of consolidation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.144-155
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2000
초록 The validity, of a single parameter such as stress intensity, factor K or J-integral in traditional fracture mechanics depends strongly on the geometry, and loading condition. Therefore the second parameter like T-stress measuring the stress constraint is additionally needed to characterize the general crack-tip fields. While many, research works have been done to verify, the J-T description of elastic-plastic crack-tip stress fields in plane strain specimens, limited works (especially. for bimaterials) have been performed to describe the structural surface crack-front stress fields with the two parameters. On this background, via detailed three dimensional finite element analyses for surface-cracked plates and straight pipes of homogeneous materials and bimaterials under various loadings, we investigate the extended validity or limitation of the two parameter approach. We here first develop a full 3D mesh generating program for semi-elliptical surface cracks, and calculate elastic T-stress from the obtained finite element stress field. Comparing the J-T predictions to the elastic-plastic stresses from 3D finite element analyses. we then confirm the extended validity of fracture mechanics methodology based on the J-T two parameters in characterizing the surface crack-front fields of welded plates and pipes under various loadings.
In semi-enclosed shallow sea areas typified by the Yellow sea and the East China Sea, currents and sea surface variations are predominantly tidal. During the recent years two-dimensional numerical hydrodynamic model of the Yellow Sea and the East China Sea has been developed, based on the vertically-integrated equations of motion and continuity, capable of reproducing amplitudes and phases of the principal components of tides to satisfiable accuracy. As a subsequent development a three-dimensional hydrodynamical nymerical model covering the Yellow Sea and the East China Sea has been formulated to investigate the vertical distribution of horizontal tidal current and the response of the continented to investigate the vertical distribution of horizontal tidal current and the response of the continental shelf sea to steady uniform wind stress field imposed over the surface. Features of the M2 tidal current and the wind-induced three-dimensional current structure determined from the computation have been examined and discussed.
The static analysis of structures with arbitrary cross-section geometry and material lamination via a refined one-dimensional (1D) approach is presented in this paper. Higher-order 1D models with a variable order of expansion for the displacement field are developed on the basis of Carrera Unified Formulation (CUF). Classical Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are obtained as particular cases of the first-order model. Numerical results of displacement, strain and stress are provided by using the finite element method (FEM) along the longitudinal direction for different configurations in excellent agreement with three-dimensional (3D) finite element solutions. In particular, a layered thin-walled cylinder is considered as first assessment with a laminated conventional cross-section. An atherosclerotic plaque is introduced as a typical structure with arbitrary cross-section geometry and studied for both the homogeneous and nonhomogeneous material cases through the 1D variable kinematic models. The analyses highlight limitations of classical beam theories and the importance of higher-order terms in accurately detecting in-plane cross-section deformation without introducing additional numerical problems. Comparisons with 3D finite element solutions prove that 1D CUF provides remarkable three-dimensional accuracy in the analysis of even short and nonhomogeneous structures with arbitrary geometry through a significant reduction in computational cost.
For assessing residual lift of the steam pipe in fossil power plants, inspections and analysis are usually focused on the critical locations such as butt welds, elbows, Y-piece and T-piece of the steam pipes. In predicting the residual life of T-piece, determination of local stress near welds considering system load as well as internal pressure is not a simple problem. In this study, stress analysis of a T-piece pipe was conducted using a three-dimensional model which represents the T-piece of a domestic fossil power station. Elastic and elastic-creep analysis showed the maximum stress level and its location. Residual creep rupture life was also calculated using the stress analysis results. It was argued that the calculated life is reasonably same as the measured one. The stress analysis results also support life prediction methodology based on in-field replication technique.
Kim, Sung-Ho;Kim, Chae-Hwan;Oh, Hwa-Jin;Choi, Chi-Hoon;Kim, Byoung-Yoon;Youn, Jae-Ryoun
Korea-Australia Rheology Journal
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v.19
no.4
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pp.183-190
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2007
Injection molding is one of the most common operations in polymer processing. Good quality products are usually obtained and major post-processing treatment is not required. However, residual stresses which exist in plastic parts affect the final shape and mechanical properties after ejection. Residual stresses are caused by polymer melt flow, pressure distribution, non-uniform temperature field, and density distribution. Residual stresses are predicted in this study by numerical methods using commercially available softwares, $Hypermesh^{TM},\;Moldflow^{TM}\;and\;ABAQUS^{TM}$. Cavity filling, packing, and cooling stages are simulated to predict residual stress field right after ejection by assuming an isotropic elastic solid. Thermo-viscoelastic stress analysis is carried out to predict deformation and residual stress distribution after annealing of the part. Residual stresses are measured by the hole drilling method because the automotive part selected in this study has a complex shape. Residual stress distribution predicted by the thermal stress analysis is compared with the measurement results obtained by the hole drilling method. The molded specimen has residual stress distribution in tension, compression, and tension from the surface to the center of the part. Viscoelastic deformation of the part is predicted during annealing and the deformed geometry is compared with that measured by a three dimensional scanner. The viscoelastic stress analysis with a thermal cycle will enable us to predict long term behavior of the injection molded polymeric parts.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2160-2170
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1991
Three-dimensional turbulent structures in the near field of elliptic jet were experimentally investigated by using a three-color, three-component Laser Doppler Velocimeter. The Reynolds number based on the nozzle exit velocity and nozzle equivalent diameter(De) was about 4*10$^{4}$. The turbulent characteristics of a sharp-edged elliptic nozzle with aspect ratio of 2 were analyzed along major and minor axis at X/De=2,3,5,7 and along the centerline up to X/De=14. Quantities measured at each point with the 3-D LDV system were three orthogonal velocity components, turbulent intensity, skewness, flatness, and Reynolds shear stress. The nondimensional mean velocities coincided well with the Schlichting's empirical curve with going downstream. Elliptic jet of AR=2 had two switching points at about X/De=2 and 16. The turbulent intensity along the minor axis was distributed widely than that along the major axis. In the near field, X/De<5, the Reynolds shear stresses of the inner part of the elliptic jet had negative value, which indicated the enhancement of entrainment toward the inner part.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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