Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.2
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pp.68-77
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2003
Shell structure are widely used in a variety of engineering application and mathematical solution of shell structures are available only for a few special cases. The solution of shell structure is more complicated when it has such condition as winker foundation, variable thickness and other problem. In this paper, a simple finite element method is presented for the analysis of axisymmetric several types of shell structure subjected to axisymmetric loads and having uniform and varying wall thickness on elastic foundation. The method is based on the analogy with a beam on elastic foundation (BEF), foundation stiffness matrix where the foundation modulus and beam flexural rigidity are replaced by appropriate parameters pertaining to the shell under considerations. The technique is attractive for implementation on a numerical solution by means of a computer program coded in FORTRAN language with a few elements. To demonstrate this fact, it gives good results which compare well with SAP2000.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.249-253
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1997
A numerical method for evaluating the equilibrium path of cylindrical shell subject to axial load and eccentrically axial load is presented. The effects of both material and geometric nonlinearities were also considered in the analysis. The nonlinear formulation was based on the total Lagrangian description and nonlinear equtions were solved by the Newton-Raphson method with load increment procedures. Degenerate shell elements with layered approach were employed for the analysis. The elasto-plastic deformation can be found in several examples and a large eccentricity of the axial load reduces the stress level at the time of the local buckling of the pipe considerably.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.9
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pp.95-102
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2008
A miniature metal bellows is used to minimize the excessive flow of the cryogenic gas in Joule-Thomson micro cryocooler. It is made of metal alloy and its geometry is axisymmetric. The bellows is filled with high pressure gas. It contracts or expands in the axial direction for a wide change of temperature, because the pressure and volume inside the bellows must be satisfied with state equation of the gas. Therefore, in order to design the bellows in Joule-Thomson micro-cryocooler, it is important to evaluate deformation of the bellows under internal pressure exactly. Considering geometric nonlinearity, deformations analysis of the bellows were obtained by a commercial finite element code ANSYS, The bellows was modeled by 3-node axisymmetric shell elements with reduced integration. Experiments were also performed to prove the validity of proposed numerical analysis. The results by numerical analysis and experiments were shown in good agreements.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.1
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pp.43-50
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1992
The purpose of this study is to ascertain the robustness of p-version model with hierarchic intergrals of Legendre shape functions in various applications including plane stress/strain, axisymmetric and shell problems. The most important symptoms of accuracy failure in modern finite elements are spurious mechanisms and a phenomenon known as locking which are exhibited for incompressible materials and irregular shapes which contain aspect ratios(R/t, a/b), tapered ratio(d/b), and skewness. The condition numbers and energy norms are used to estimate numerical errors, convergence characteristics and algorithmic efficiencies for verifying the aforementioned symptoms of accuracy failure. Numerical results from p-version models are compared with those from NASTRAN, SAP90, and Cheung's hybrid elements.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.10
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pp.81-88
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2009
Bellows is used to control temperature of a Joule-Thomson micro cryocooler. It is made of Nickelcobalt alloy that retains mechanical properties from cryogenic temperature to temperature of 570K. The geometry of bellows is an axisymmetric shell and Nitrogen with high pressure was charged at temperature of 293K. During cool-down process, the pressure and volume of Nitrogen are changed and must be satisfied with state equation. At cryogenic temperature, Nitrogen can exist as a part liquid and part vapor. Pressure-density-temperature behavior under this vaporliquid phase equilibrium is closely given by the Modified-Benedict-Webb-Rubin(MBWR) state equation. To evaluate deformation of bellows for temperature change, the numerical calculation of the volume within bellows and finite element analysis of bellows under internal pressure were iteratively performed until MBWR state equation is satisfied. The numerical results show that deformation of the bellows can be analyzed by the present method in a wide range of temperature including cryogenic temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.4
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pp.429-435
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2015
A bellows is an important temperature control component in a Joule-Thomson micro-cryocooler. It is designed using a very thin shell, and the inside of the bellows is filled with nitrogen gas. The bellows is made of a nickel-cobalt alloy that maintains its strength and elastic properties in a wide range of temperatures from cryogenic to $300^{\circ}C$. The pressure of the gas and the volume within the bellows vary according to the temperature of the gas. As a result, the bellows contracts or expands in the axial direction like a spring. To explore this phenomenon, the deformation of the bellows and its internal volume must be calculated iteratively under a modified pressure until the state equation of the gas is satisfied at a given temperature. In this paper, the modified Benedict-Webb-Rubin state equation is adopted to describe the temperature-volume-pressure relations of the gas. Experiments were performed to validate the proposed method. The results of a numerical analysis and the experiments showed good agreement.
The concrete containment structures have been widely used in nuclear power plants, LNG storage tanks, etc., due to their high safety and economic efficiency. The containment structure consists of a bottom slab, wall, ring beam and dome. The shape of the roof dome has a very significant effect on structural safety, the quantity of materials, and constructability; the thickness and curvature of the dome should therefore be determined to give the optimum design. The ring beam plays the role as supports for the dome, resulting in a minimized deformation of the wall. The main issues in designing the ring beam are the correct dimensions of the section and the prestress level. In this study, an efficient design procedure is proposed that can be used to determine an optimal shape and prestress level of the dome and ring beam. In the preliminary design stage of the procedure, the membrane theory of shells of revolution is adopted to determine several plausible alternatives which can be obtained even by hand calculation. Based on the proposed procedures, domes and ring beams of the existing domestic containment structures are analyzed and some improvements are discussed.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.4
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pp.1-17
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1996
자동차의 안전에 대한 연구는 객실의 변형제한과 승객의 감속도 축소를 위한 여러가지 구조부재의 에너지 흡수능력 및 흡수 메카니즘을 연구하는데 초점이 맞추어져 왔다. 그 이유는 충돌사고시에 인명을 보호하기 위해서는 차제변형에 의한 물리적 접촉의 회피 뿐 아니라 충돌에너지를 적절히 흡수조절하여 충돌력을 감소시키도록 구조부재를 설계함으로써 충돌안전성이 확보되기 때문이다. 충돌에너지 흡수 특성은 구조부재의 단면 형상과 재질에 따라 달라지며 압괴모드도 구분되어진다. 즉, 복합재료의 압축붕괴특성은 금속이나 플라스틱 재질과는 다르다. 일반적으로 복합재는 재질의 파손으로 에너지가 흡수되지만 금속재는 소성변형으로 에너지를 흡수한다. 이때의 붕괴양상은 작용하중에 따라 축방향 붕괴, 굽힘붕괴, 측면붕괴의 경우는 정규압괴모드(compact mode) 및 불규칙압괴모드(noncompact mode)로 나뉘고, 원통쉘의 경우는 축대칭모드 및 다이아몬드형 모드 등으로 나뉠수 있다. 원형 및 사각 튜브는 광범위한 형상비와 후폭비를 가지도록 제작할 수 있으며 산업전반에 걸쳐 널리 쓰이므로 충돌특성 연구의 대상으로 많은 연구들이 진행되어 왔다. 또한, 충돌특성의 해석을 위한 이론적 모델이 제시되었으며 계속적인 보완이 이루어져 오고 있다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.3
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pp.432-437
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2016
The behavior of a bellows for an electromagnetic control valve was investigated. The bellows consists of an outer metal bellows, inner spring, and metal caps. The bellows needs to have sensitive and precise motion against external loads and pressure loads in order to control the position of the valve accurately. The spring constant of the inner spring and load-displacement curve of the bellows set were measured using a test machine. The inner spring showed a linear relation between load and displacement. The bellows set showed small stiffness at small displacement, and then the stiffness slightly increased upon subsequent displacement. Based on the measured data, finite element analysis was performed. Axisymmetric conditions were applied, and shell elements were used. The effective material properties of the outer bellows material were extracted. Additional analysis was performed, and the behavior of the bellows was analyzed using the finite element model.
This study proposes a method of an equivalent bell model in order to tune the beat period of a Korean bell. In a Korean bell having a slight asymmetry, each circumferential mode splits into a mode pair which has a slight difference in frequency, and the interaction of the mode pair makes a beat in vibration and sound. An equivalent bell model which consists of an axi-symmetric bell and an equivalent point mass, has the same mode property as in a real bell. The equivalent bell model is constructed by the finite element analysis based upon the theory of a revolutionary shell. Using the equivalent bell model, the beat period is predicted when the bell thickness is locally decreased to improve the beat property. The predicted result is verified by experiment on a test bell. The proposed method is useful to save the time required for tuning the beat period of a large bell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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