Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.1997-2007
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2002
Composite air spindles are appropriate for the high-speed and the high-precision machining as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors because of the low rotational inertia, the high damping ratio and the high fundamental natural frequency of composite shaft. The axial load and stiffness of composite air spindles fur drilling operation are determined by the thrust ben ring composed of the air supply part mounted on the housing and the rotating part mounted on the rotating shaft. At high-speed rotation, the rotating part of the thrust bearing should be designed considering the stresses induced by centrifugal force as well as the axial stiffness and the natural frequency of the rotating shaft to void the shaft from failure due to the centrifugal force and resonant vibration. In this work, the air supply part of the thrust bearing was designed considering the bending stiffness of the bearing and the applied load. The rotating part of the thrust bearing was designed through finite element analysis considering the cutting forces during manufacturing as well as the static and dynamic characteristics under both the axial and con trifugal forces during high-speed rotation.
In recent decades, the majority of studies have concentrated on the utilization of Steel Square Hollow Section (SHS) columns, with minimal attention given to reinforcing columns exhibiting inherent defects. This study addresses this gap by introducing initial vertical and horizontal defects at three distinct locations (top, middle, and bottom) and employing Carbon-FRP for reinforcement. The research investigates the dimensional and positional impacts of these defects on the axial behavior of SHS columns. A total of 29 samples, comprising 17 with defects, 11 strengthened, and 1 defect-free control, underwent examination. The study employed ABAQUS modeling and conducted experimental testing. Results revealed that defects located at different positions significantly diminished the load-bearing capacity and initial performance of the steel columns. Axial loading induced local buckling and lateral rupture, particularly at the defect side, in short columns. Notably, horizontal (across the column's width) and vertical (along the column's height) defects in the middle led to the most substantial reduction in strength and load-bearing capacity. The axial compressive failure increased with the length-to-width ratio of the defect. Moreover, the application of four carbon fiber layers to strengthen the steel columns resulted in increased Energy Dissipation and a delayed onset of local buckling in the face of axial ruptures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.257-266
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2024
Due to seismically deficient details, existing reinforced concrete structures have low lateral resistance capacities. Since these building structures suffer an increase in axial loads to the main structural element due to the green retrofit (e.g., energy equipment/device, roof garden) for CO2 reduction and vertical extension, building capacities are reduced. This paper proposes a machine-learning-based methodology for allowable ranges of axial loading ratio to reinforced concrete columns using simple structural details. The methodology consists of a two-step procedure: (1) a machine-learning-based failure detection model and (2) column damage limits proposed by previous researchers. To demonstrate this proposed method, the existing building structure built in the 1990s was selected, and the allowable range for the target structure was computed for exterior and interior columns.
Kangfei Shi;Yu Cao;Zhanying Zheng;Shun Lu;Menglong Liu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3812-3825
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2024
The axial-flow-induced vibration of fuel rods in the nuclear power plant is closely related to nuclear safety. In this article, a numerical study is performed on vibration of two elastic cylinders arranged side-by-side in axial flow. Large eddy simulation is employed to predict the turbulent flow. The numerical method has been verified using the experimental root-mean-square vibration amplitude of a single cylinder. A wide range of inflow velocities u*, incident turbulence intensity Tu and space ratio P/D have been examined, where D and P are the diameter and centre-to-centre distance of the cylinders, respectively. The results show that the vibration amplitudes increase with an increasing u*, comparable to the case of a single cylinder in axial flow. However, the two cylinders could bend outwards during a relatively high u* and low Tu. Although Tu significantly affects the amplitudes of the cylinders, it does not change the vibration frequency and the critical velocity at which buckling instability occurs. As the gap between the two cylinders is sufficiently small, the vibration amplitude enhances significantly due to the pronounced hydrodynamic interaction between the two elastic cylinders and surrounding fluid. The direction of buckling is no longer random but fixed.
The axial stress in rock bolt, the shear stress at the bolt-grout interface and the neutral point are analyzed to understand the mechanical behavior of rook bolt. To analyze the support effects of rock bolt in various geological conditions, numerical analyses are performed with regard to bolt spacing and bolt length in several geological conditions and tunnel sizes. Through the numerical analyses, the distributions of maximum tensile stress and shear stress are determined. And the excavation width of underground opening affects the position of the neutral point. In the circular opening supported by pattern bolting, the increase of confining pressure, the reduction of plastic zone, and that of ground displacement are determined by using the radial stress increase ratio, the plastic zone reduction ratio and the displacement reduction ratio respectively. The results of this study can be applied to a practical tunnel design through understanding of the trends of these support effects.
Recently, CFT Column has reported a lot of study result, because a CFT column has certain superior structural properties as well as good productivity, execution efficiency, and improved rigidity over existing column. However, CFT column still has problems clearing the capacity evaluation between its steel tube member and high-strength concrete materials. Also, high-strength concrete filled steel square tube column(HCFT) examined numerical value explanatorily about transformation performance(M-ø) of when short-column receives equal flexure-moment from axial stress on research for concrete. hnd, with basis assumption, executed development of analysis program of moment-curvature relation for analytic analysis of transformation performance of HCFT section that get by an experiment. This study investigated to properties of structural(capacity, curvature), through a series of experiments for HCFT with key parameters, such as strength of concrete(600kgf/$\textrm{cm}^2$), D/t ratio, slenderness ratio(λ) and concrete kinds under eccentric load. And, I executed comparative analysis with AISC-LRFD, AIJ and Takanori Sato etc. and experiment result that is capacity design formula.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.1-10
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2002
A series of unreinforced masonry(URM) walls were analytically investigated by FEM for a limited version of seismic in-plane performance. For this, URM walls were assumed to be continum and modeled as isotropic plane stress elements, within which the nature of cracking was propogated. Accordingly, behavioral mode of cracking in URM was modeled by smeared-crack approach. Total of 70 cases were considered for various parameters such as axial load ratio, aspect ratio and effective section area ratio due to the existence of opening, etc. The analysis results indicate that these parameters significantly and interactively influence over the ultimate strength of URM walls. Finally, it is suggested that the response modification factor for URM adopted in the current Korean Standard should be validated considering various forms of brittleness and probable failure modes in URM.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.6
no.2
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pp.84-96
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2005
Helical tip vortex is known as stable vortex structure, however the specific frequency component of far wake perturbation induces the vortex pairing in hover and axial flight. It is expected that the tip vortex pairing phenomena may happen in transition flight and very low advance ratio flight so that inflow may be most nonuniform in the low advance ratio flight. The objectives of this paper are that a tip-vortex instability during the transition from hover into very low advance ratio forward flight is numerically predicted to understand a physics by using a time-marching free-wake method. To achieve the objectives, numerical method is firstly validated in typical axial and forward flights cases. Present scheme with trim routine can predict airloads and inflow distribution of forward flight with good accuracy. Then, the transition flight condition is calculated. The rotor used in this wake calculation is a small-scale AH-1G model. By using a tip-vortex trajectory tracking method, the tip-vortex pairing process are clearly observed in transient flight($\mu$=0.03) and disappears at a slightly higher advance ratio($\mu$=0.05). According to the steady flight simulation at $\mu$=0.03, it is confirmed the tip-vortex pairing process is continued in the rear part of rotor disk and not occurs in the front part. Time averaged inflow in this case is predicted as smooth distribution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1521-1528
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2012
The present paper provides the elastic stress intensity factors (SIFs) and the crack opening displacements (CODs) of a thick-walled pipe with a slanted axial through-wall crack. For estimating these elastic fracture mechanics parameters, systematic three-dimensional elastic finite element (FE) analyses were performed by considering geometric variables, i.e., thickness of pipe, reference crack length, and crack length ratio, affecting the SIFs and CODs. As for loading condition, the internal pressure was considered. Based on the FE results, the SIFs and CODs of slanted axial through-wall cracks in a thickwalled pipe along the crack front and the wall thickness were calculated. In particular, to calculate the SIFs of a thick-walled pipe with a slanted axial through-wall crack from those of a thick-walled pipe with an idealized axial through-wall crack, a slant correction factor representing the effect of the slant crack on the SIFs was proposed.
Ananthi, G. Beulah Gnana;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.31
no.6
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pp.601-615
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2019
In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, wall frames and columns, the use of back-to-back built-up CFS angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle-sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on the axial strength of back-to-back built-up CFS angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents the results of 16 experimental tests, conducted on back-to-back built-up CFS screw fastened angle sections under axial compression. A nonlinear finite element model is then described, which includes material non-linearity, geometric imperfections and explicit modelling of the intermediate fasteners. The finite element model was validated against the experimental test results. The validated finite element model was then used for the purpose of a parametric study comprising 66 models. The effect of fastener spacing on axial strength was investigated. Four different cross-sections and two different thicknesses were analyzed in the parametric study, varying the slenderness ratio of the built-up columns from 20 to 120. Axial strengths obtained from the experimental tests and finite element analysis were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparison showed that the DSM is over-conservative by 13% on average. This paper has therefore proposed improved design rules for the DSM and verified their accuracy against the finite element and test results of back-to-back built-up CFS angle sections under axial compression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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