• Title/Summary/Keyword: 기계적 체결부

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Effect of Filled Hole on Strength Behavior of CFRP Composites at Cold Temperature Dry and Elevated Temperature Wet (저온건조($-55^{\circ}C$) 및 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)의 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도 특성에 미치는 영향 연구)

  • Kim, Hyo-Jin
    • Composites Research
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    • v.22 no.3
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    • pp.82-88
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    • 2009
  • The effect of open and filled holes on the strength behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. The strength was measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ on several different laminate configurations. Based on the experimental data presented, it is shown that the filled hole tensile strength is larger than that of open hole by reducing damage around the hole due to the constraint imposed by the fastener. The tensile strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness by the thermal expansion coefficient of fiber and matrix. The compressive strength at elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ is decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.

Damage Study on the Mechanical Fastening in Laminated Composites (복합적층판(復合積層板)의 기계적(機械的) 체결부(締結部)에 관한 파손연구(破損硏究))

  • Kwan-Hyung,Song
    • Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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    • v.27 no.4
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    • pp.58-66
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    • 1990
  • A series of test was performed measuring the failure strength and failure mode of Gr/Pi, $[0^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ laminate containing a single pin loaded hole. The finite element method is applied to calculate the stress distribution in the laminates, then the failure load and the failure mode were predicted by means of the characteristic length. 12 different geometric variations were developed to analyze the effects of the ratio of specimen width to hole diameter (W/d) and ratio of edge distance to hole diameter (L/d). X-Ray of NDE methods were utilized in finding out the initial defects, damage and the fracture mechanism, and SEM(Scanning Electron Microscopes) was used the evaluation of the fracture mechanism and crack propagation around hole under tension pin loading. $[0^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ laminate are found to be most sensitive to W/d but not so influenced by L/d. The failure mode and tensile strength predicted by the model show agreement with experiment data for pin loading bolted jointed test except range of $L/d{\leqq}3$.

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Parameter Estimation and Reliability Analysis Using Bayesian Approach for Bolted Joint and O-ring Seal of Solid Rocket Motor (고체 로켓 모터의 체결 볼트와 오링에 대한 베이지안 접근법 기반 모수 추정과 신뢰성 해석)

  • Gang, Jin Hyuk;Choi, Joo Ho
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.41 no.11
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    • pp.1055-1064
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    • 2017
  • Since a device such as a rocket motor requires very high reliability, a reasonable reliability design process is essential. However, Korea has implemented a design method for applying a safety factor to each component. In classic reliability analysis, input variables such as mean and standard deviation, used in the limit state function, are treated as deterministic values. Because the mean and standard deviation are determined by a small amount of data, this approach could lead to inaccurate results. In this study, reliability analysis is performed for bolted joints and o-ring seals, and the Bayesian approach is used to statistically estimate the input variables. The estimated variables and failure probability, calculated by the reliability analysis, are derived in the form of probability distributions.

Distortion Analysis for Outer Ring of Automotive Wheel Bearing (자동차용 휠 베어링 외륜의 변형 해석)

  • Lee, Seung Pyo;Kim, Bong Chul;Lee, In Ha;Cho, Young Geol;Kim, Yong Chan
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.36 no.12
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    • pp.1613-1618
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    • 2012
  • The wheel bearing is one of the important parts in a vehicle for translating power and bearing weight. When it is mounted on the knuckle by using bolts, the distortion of the outer ring including the seal mounting point and raceway occurs. In this study, a numerical analysis was performed to analyze the distortion of the outer ring by using a finite element method. The commercial software MSC.MARC was used for this purpose. Elastoplastic and contact analysis were carried out to compute the clamping behavior of the outer ring, bolts, and knuckle. Because the concavity on the flange of the outer ring affects the deformation, its effect was considered. To verify the reliability of this study, the roundness of the outer ring was measured. The experimental results were comparatively in agreement with the computational results.

Geometric Modeling of the Skin-Stringer Integrated Panel with Three-Dimensional Woven Composite (3차원 직조 복합재료 스킨-스트링거 일체형 패널의 기하학적 모델링)

  • Yeonhi, Kim;Hiyeop, Kim;Jungsun, Park;Joonhyung, Byun
    • Journal of Aerospace System Engineering
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    • v.16 no.6
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    • pp.8-17
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    • 2022
  • This paper presents a novel geometric modeling technique to predict the mechanical properties of an aircraft wing's skin-stringer integrated panel. Due to mechanical and adhesive fastening, this panel is vulnerable to stress concentration and debonding, so we designed it to integrate the skin and stringer using three-dimensional woven composites. Geometric modeling was conducted by measuring the geometric parameters of the specimen and defining the pattern of the yarns as functions. We used a weighted average model with iso-strain and iso-stress assumptions to predict the mechanical properties of the panel parts. We then compared the results of a finite element analysis with a compression test to verify the accuracy of our model. Our proposed technique proved to be more efficient than the traditional experimental method for predicting the mechanical properties of skin-stringer integrated panels.

Parametric Study on the Joint Strength of Unidirectional and Fabric Hybrid Laminate (일방향-평직 복합재 혼합 적층판의 기계적 체결부 강도에 관한 인자연구)

  • 안현수;신소영;권진회;최진호;이상관;양승운
    • Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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    • 2002.05a
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    • pp.9-12
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    • 2002
  • A parametric study has been conducted to investigate the effect of the geometry on the strength of an unidirectional and fabric hybrid laminated composite joint. Tests are conducted for the specimens with nine different edge-to-hole diameter or width-to-hole diameter ratios. For the finite element analysis, the characteristic length method is used, and the tests for determining the characteristic length are performed additionally. Nonlinear contact problem between the pin and laminate is modeled by the gap element in MSC/NASTRAN. Tsai-Wu failure criteria is applied to the stress on the characteristic curve. The finite element and experimental results shows good agreement in strength of composite joint. Results of the parametric study shows the effect of the geometry is remarkable in the specimens with width-to-hole diameter ratio less than 2.8 and edge-to-hole diameter ratio less than 1.4.

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A Study on the Strength of Mechanically Fastened Composite Joint Using the Linear Analysis (선형해석을 이용한 복합재료 기계적 체결부의 강도평가에 관한 연구)

  • 전영준;최진호;권진회;변준형;양승운
    • Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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    • 2003.04a
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    • pp.79-82
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    • 2003
  • With the wide application of fiber-reinforced composite material in aero-structures and mechanical parts, the design of composite joint have become a very important research area because they are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the failure area index method to predict the failure load of the mechanically fastened composite joint was used and the prediction accuracies of the linear finite element analysis were compared with those of nonlinear finite element analysis.

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Convolutional Neural Network-based Prediction of Bolt Clamping Force in Initial Bolt Loosening State Using Frequency Response Similarity (초기 볼트풀림 상태의 볼트 체결력 예측을 위한 주파수응답 유사성 기반의 합성곱 신경망)

  • Jea Hyun Lee;Jeong Sam Han
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.36 no.4
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    • pp.221-232
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    • 2023
  • This paper presents a novel convolutional neural network (CNN)-based approach for predicting bolt clamping force in the early bolt loosening state of bolted structures. The approach entails tightening eight bolts with different clamping forces and generating frequency responses, which are then used to create a similarity map. This map quantifies the magnitude and shape similarity between the frequency responses and the initial model in a fully fastened state. Krylov subspace-based model order reduction is employed to efficiently handle the large amount of frequency response data. The CNN model incorporates a regression output layer to predict the clamping forces of the bolts. Its performance is evaluated by training the network by using various amounts of training data and convolutional layers. The input data for the model are derived from the magnitude and shape similarity map obtained from the frequency responses. The results demonstrate the diagnostic potential and effectiveness of the proposed approach in detecting early bolt loosening. Accurate bolt clamping force predictions in the early loosening state can thus be achieved by utilizing the frequency response data and CNN model. The findings afford valuable insights into the application of CNNs for assessing the integrity of bolted structures.

Study of laser welding for differential case & ring gear (레이저 용접에 관한 디퍼렌셜 케이스와 링기어 구조에 관한 고찰)

  • Chung, Taek-Min;Kim, Su-Lae;Rhee, Se-Hun
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.121-121
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    • 2009
  • 자동차는 코너 주행 시 In-corner와 Out-corner 의 바퀴 궤적이 달라지므로, 특별한 장치가 없이 좌우 구동 측의 바퀴가 같은 속도로 회전을 하게 되면 정상적인 주행이 불가능하다. 따라서 정상적인 코너 주행이 가능 하려면, 코너 안쪽 바퀴보다 바깥쪽 바퀴가 더 빨리 회전해야 하며 이러한 회전 차를 보상받지 못할 경우 바깥쪽 바퀴가 끌리는 현상이 발생하는데 이를 방지하기 위해 디퍼렌셜 기어가 필요하다. 현재 디퍼렌셜 기어는 디퍼렌셜 케이스와 링기어를 볼트로 체결하는 조립 공법을 통해 생산되고 있다. 하지만 볼트 체결 공법은 조립을 위한 볼트와 볼트 체결을 위한 플랜지와 볼팅을 위한 홀을 가공하는 공정이 필요하기 때문에 재료비 절감 및 생산 효율 향상에 매우 불리하고 볼트체결을 위한 부분 때문에 불필요한 무게가 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기계적 체결 방식을 레이저 용접 방식으로 대체하여 재료비를 절감하고 무게 저감을 통해 주행성능을 향상시키고자 하였다. 링기어의 소재는 침탄처리강(SCM420H)이며 디퍼렌셜 케이스의 소재는 주철(GCD500)을 사용하고 있다. 주철은 용접시 용접부와 열영향부에서 마르텐사이트 조직과 레데브라이트, 시멘타이트 조직이 생성되며 고탄소 모재의 탄소 확산으로 인한 부분 혼합영역에서 탄소 합금이 생성되어 균열이 발생하는 등 용접성이 매우 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이러한 주철의 난용접성을 해결하는 방법으로는 고탄소 모재 용접시 발생하는 탄소의 확산을 억제하거나 예열이나 후열 처리를 통한 냉각 속도의 제어하는 방법과 오스테나이트 안정화 원소를 첨가한 필러와이어를 사용하여 용접시 마르텐사이트와 시멘타이트의 성장을 방해하는 방법 등이 이용되고 있다. 본 연구에서는 예열처리나 후열처리를 통한 주철의 용접법은 대량 생산을 통한 원가절감을 노리는 자동차 업계의 특성에 비추어 볼 때 비용이나 프로세스 구성 면에서 적용하는 것이 어려울 것이라 판단하여 Ni-base filler metal을 통한 주철의 용접법을 선택하였고 그 결과 실차에 적용하기 위한 비틀림 강성 테스트나 내구 테스트는 통과하였으나 NVH 테스트 결과 볼팅 체결 방식에 비하여 소음이 커지는 문제가 발생하고 링기어의 HAZ부가 고경화 되는 문제가 발생하였다. 때문에 용입깊이를 초기 시제품인 5mm에서 4mm로 변경시켜 입열량 감소 및 용접변형을 줄여 소음 문제를 해결하고자 하였으며 링기어의 침탄층을 1mm 절삭하여 링기어 HAZ부의 고경화 문제를 해결하고자 하였다. 이러한 용접 구조 변경이 용접변형 및 강성과 피로에 미치는 영향력을 알아보고자 용접 및 열처리 상용 소프트웨어인 SYSWELD, 구조해석 상용소프트웨어인 NX_NASTRAN, 피로 해석 상용 소프트웨어인 FEMFAT을 이용하여 시뮬레이션 하였고 실제 구조 변경한 용접 시제품과 비교, 분석하였다.

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온라인 기계 진동 관리 시스템을 이용한 가스 압축기 선회 실속의 원격 진단

  • 장은구
    • Journal of KSNVE
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    • v.14 no.1
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    • pp.18-23
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    • 2004
  • 균열 현상은 모든 필터에서 발생하였다. 1997년 9월 원심 압축기 B에서 발생한 지나친 진동현상으로 여러 필터 중 한 필터가 부서져 임펠러 흡입부로 빨려 들어갔다. 1997년 10월 기동중에 선회실속 문제가 임펠러에서 발생하였고, 이 원인은 임펠러 eye가 부분적으로 막혔기 때문이었다. 압축기 입구와 출구의 전체 유량과 압력 상태는 정상이었기 때문에 어떠한 서지현상도 anti-surge 시스템에 의해서 감지되지 않았다. 고장상태를 진단함으로써 압축기의 재가동을 방지하여 필터들이 부서졌다는 것을 확인하게 되었다. 이번 기계 점검과정을 통하여 원격진단의 중요성을 확인하였으며, 이에 회사는 원격서비스(remote service) 계약을 체결하여 현재 원격 진단 서비스 점검이 계약 기간에 따라 정기적으로 이루어지고 있다. 이와 같이 기계에 대한 정기적인 점검을 실시하는 목적은 기계의 결함이나 고장문제를 조기에 발견함으로써 중대한 고장으로의 진행을 사전에 예방하거나 또는 최소화하는데 있다.