Yong-Jun Cho;Jae-An Jeon;Kinal Kim;Po-Lun Feng;Steven Nutt;Sang-Eui Lee
Composites Research
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v.36
no.3
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pp.199-204
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2023
A combination of a metallic mesh and an adhesive layer of metallic particle/epoxy composite was introduced as an intermediate layer to enhance the adhesion between cold-sprayed particles and fiber-reinforced composites (FRCs). Aluminum was considered for both the metallic particles in the adhesive and the metallic mesh. To predict the mechanical characteristics of the intermediate bond layer under a high strain rate, the properties of the adhesive layer needed to be calculated or measured. Therefore, in this study, the Al particle/epoxy adhesive was homogenized by using a rule of mixture. To verify the homogenization, the penetration depth, and the thickness decrease after the cold spray deposition from the undeformed surface, was monitored with FE analysis and compared with experimental observation. The comparison displayed that the penetration depth was comparable to the diameters of one cold spray particle, and thus the homogenization approach can be reasonable for the prediction of the stress level of particulate polymer composite interlayer under a high strain rate for cold spray processing.
In this paper, the equivalent elastic properties of fiber reinforced plastic laminar are investigated using various homogenization schemes. Although there are several methods for predicting the equivalent elastic properties such as analytical formula or semi-empirical formula, most of them have some limitations or are not much accurate when handling new composite material consisting of various fiber, matrix and fiber-volume fraction ratio. To resolve the issues, computational homogenization scheme is adopted with a representative volume element (RVE) comprised of a set of finite elements. Finally, the equivalent elastic properties are obtained by applying periodic boundary conditions. The obtained results are compared with those by the existing methods and test results. Also its effect on structural analysis results of the composite satellite panel is investigated.
In this study, we employ the full atomistic molecular dynamics simulation and finite element homogenization method to predict the thermo-mechanical properties of nanocomposites including carbon nanotube bundle. As the number of carbon nanotubes within the single bundle increases, the effective in-plane Young's modulus and in-plane shear modulus decrease, and in-plane thermal expansion coefficient increases, despite the same volume fraction of carbon nanotubes. To investigate the thickness of interphase zone, we employ the radial density distribution. It is investigated that the interphase thickness is almost independent on the number of carbon nanotubes within the single bundle. It is assumed that the matrix and interphase are isotropic materials. According to the predicted thermo-mechanical properties of interphase zone, the Young's modulus and shear modulus of interphase zone clearly decrease, and the thermal expansion coefficient increases. Based on the thermo-mechanical interphase behavior, we developed the multiscale homogenization model to predict the thermo-mechanical properties of PLA nanocomposites that include the carbon nanotube bundle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.2
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pp.153-161
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2009
Three-dimensional finite-element methods(FEM) have been used to analyze the thermal stress of an exhaust gas recirculation(EGR) cooler due to thermal and pressure load. Since efficiency and capability of the heat exchanger are mainly dependent on net heat transferring area of the EGR cooler system, the tube inside the system has a numerous dimples on the surface. Thus for finite element analysis, firstly the dimple-typed tube is modeled as a plain element without the dimple, and then the equivalent thermal conductivities and elastic modulus are calculated. This work describes the numerical homogenization procedure of the dimple-typed tube and verifies the equivalent material properties by comparison of a single unit and the actual full model. Finally, the homogenization scheme presented in this study can be efficiently applied to finite element analyses for the thermal stress and deformation behavior of the EGR cooler system with the dimple-typed tube.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.3
s.258
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pp.388-394
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2007
Many engineering problems require the calculation of effective material properties of a structure which is composed of repeated micro-structures. The homogenization method has been used to calculate the effective (homogenized) properties of composites and several homogenization procedures for different physical fields have been introduced. This research describes the modified homogenization technique for magnetostatic problems. Assuming that the material is periodically repeated, its effective permeability can be prescribed by calculating the homogenized magnetic reluctivity using the finite element analysis of the micro unit cell. Validity of the suggested method is confirmed by comparing the results by the energy based method as well as the widely known homogenization method.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.5
no.1
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pp.83-95
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2002
Thermal conductivity of ceramic fibrous insulator was analysed and predicted by using the modeling/simulation technique. Ceramic fibrous insulators are widely used as high temperature insulator on account of their lightweight mass and heat resisting properties. Especially it is suitable to protect the high speed aircraft and missiles from severe aero-thermodynamic heating. Thermal conductivity of ceramic fibrous insulator could be determined from the conductive heat transfer and the radiative heat transfer through the insulator. In order to estimate conductive thermal conductivity, homogenization technique was applied, while radiative thermal conductivity was computed by means of random number and radiation probability. Particularly radiation probability can make it possible to estimate the conductivity of fibrous insulator without any experimental constant. The calculated conductivity predicted in the present study have a reasonable accuracy with an average error of 7 percent to experimental data.
This paper deals with an Umbrealla Arch Reinforcement Method (UARM) in tunnelling. It is known that the mechanism of the reinforcement system is too complex to be simulated in existent finite element (FE) frameworks when considering its complex geometry of pipe arrangements and contribution of each component of the reinforcement to reinforcing effect. In this study a 3-D elastoplastic FE procedure is, therefore, proposed by introducing homogenisation technique, which is used to define mathematically elastic as well as elastoplastic characteristics of a reinforced ground material as a composite. A number of practical suggestions are addressed considering staged constructions of tunnels. For illustrative purposes, a series of parametric studies are undertaken and anisotropic characteristics of the reinforced ground as well as effects of the reinforcement on tunnel convergences are investigated. It is found that the reinforced ground material defined in homogenisation framework has its mechanical characteristics reasonably representing inherent geometrical and quantitative characteristics of each of constituents.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.2
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pp.105-114
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2018
In this paper, the computer simulations are carried out by using the peridynamic theory model with various conditions including quasi-static loads, dynamic loads and crack propagation, branching crack pattern and isotropic materials, orthotropic materials. Three examples, a plate with a hole under quasi-static loading, a plate with a pre-existing crack under dynamic loading and a lamina with a pre-existing crack under quasi-static loading are analyzed by computational simulations. In order to simulate the quasi-static load, an adaptive dynamic relaxation technique is used. In the orthotropic material analysis, a homogenization method is used considering the strain energy density ratio between the classical continuum mechanics and the peridynamic. As a result, crack propagation and branching cracks are observed successfully and the direction and initiation of the crack are also captured within the peridynamic modeling. In case of applying peridynamic used homogenization method to a relatively complicated orthotropic material, it is also verified by comparing with experimental results.
Seo, Young-Ho;Lee, Hyun-Min;Heo, Seong-Chan;Ku, Tae-Wan;Song, Woo-Jin;Kang, Beom-Soo;Kim, Jeong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.291-298
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2010
A conventional EGR cooler, which is used in an EGR system of an automobile diesel engine, has a low heat-exchange efficiency. To maximize the heat transfer between the exhaust gas and coolant, dimples are formed on the surface of heat exchange tubes. When designing the dimpled EGR cooler, the net heat transfer areas in the conventional and dimpled tube-type EGR coolers are compared. Structural integrity evaluations are also performed by combining finite element analysis with a homogenization method. Subsequently, the process of manufacturing the dimpled tube, i.e., the formation of dimples, edge bending, center v-notch bending, compression, and plasma welding, is established and carried out. Thus, the dimpled EGR cooler is developed, and its performance is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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