Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.4
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pp.296-309
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2009
Thick-walled cylinder with high pressure have had wide application in the armament industry. In the thick-walled cylinder, fatigue crack is generated at inner radius and developed toward the outer radius. To prevent generation of fatigue crack, the autofrettage process had been used. The compressive residual stress induced by the autofrettage process extends loading pressure and fatigue life of the thick-walled cylinder. In this study, the residual stress of single and compound cylinder by the autofrettage process was evaluated. The analytical compressive residual stress of single cylinder was good agreement with experimental result at inner radius. The analysis on the residual stress of compound cylinder was conducted. The compressive residual stress at inner radius was increased with the overstrain level. And fatigue life of the compound cylinder with initial crack was evaluated. The considered initial crack shape was straight and semi-elliptical. The fatigue life was extended with the overstrain level. The fatigue life of the compound cylinder with semi-elliptical crack was longer than straight crack. The suitable way to extend fatigue life of the compound cylinder was proposed.
Park, Jae-Hyun;Kim, Jae-Hoon;Cha, Ki-Up;Hong, Suk-Kyun;Lee, Young-Shin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.800-807
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2007
Autofrettage process is used for internal forming and sizing of cylinder designed to withstand high internal pressures. Once the tube is autofrettaged, it needs to be machined to its final dimensions both at the bore and its outer surface. This paper presents an analytical analysis and numerical analysis of machined compound cylinder using finite element code, ANSYS10.0. An analytical model for predicting the level of autofrettage following either inner, outer, or combined machining of the compound cylinder is developed for the autofrettage residual stress field is simulated by an autofrettaged pressure. The autofrettaged pressures are obtained by using trying-error method. As autofrettage percentage is 20 % and 40 %, the numerical results are found to be in almost agreement with the analytical ones. However, as autofrettage percentage is 60 %, the numerical results have a little difference with the analytical ones.
Park, Jae-Hyun;Lee, Young-Shin;Kim, Jae-Hoon;Kong, Jeong-Pyo;Cha, Ki-Up
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.620-625
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2007
Autofrettage process is used for internal forming and sizing of cylinder designed to withstand high internal pressures. Once the tube is autofrettaged, it needs to be machined to its final dimensions both at the bore and its outer surface. This paper presents an analytical analysis and numerical analysis of machined compound cylinder using finite element code, ANSYS10.0. An analytical model for predicting the level of autofrettage following either inner, outer, or combined machining of the compound cylinder is developed for the autofrettage residual stress field is simulated by an autofrettaged pressure. The autofrettaged pressures are obtained by using trying-error method. As autofrettage percentage is 20 %, the numerical results are found to be in almost agreement with the analytical ones. However, as autofrettage percentage is 60 %, the numerical results have a little difference with the analytical ones.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.4
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pp.7-15
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2008
In manufacturing aircraft, safety and lightness of structure are important factors. Utilizing autofrettage technique, these benefits can be obtained. This technique is most frequently applied to a single cylinder. However, the Bauschinger effect reduces the benefits of autofrettage process Therefore, there is increasing interest in the use of compound cylinder that combine shrink fit and autofrettage. In this paper, single and compound cylinders that has same geometry were considered. It was found that compound cylinder which was autofrettaged has lower tangential hoop stress and plastic strain than single cylinder at bore. This means a reduction in the impact of the Bauschinger effect after shrink-fitting which produces the beneficial bore hoop stress.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.335-343
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1983
Modified-Shrink-Fit(MSF) method of compound cylinder is studied to increase elastic load carrying capacity (ELCC) of pressure vessel. The autofrettage and the shrink-fit processes are used to study the MSF process. Theoretical analyses based on the Tresca yield criterion, Hencky's total strain theory and elastic linearly strain-hardening material are carried out to derive closed form solutions. Experimental results are compared with theoretical results with various diameter ratios between outer (SM45C) and inner (SM20C) bloc cylinder. For various diameter ratios, increments of ELCC have errors in strains vs. internal loading pressures between experimental and theoretical results. But experimental results show good agreements with theoretical results in reyield pressurizing state. The increments of ELCC of compound cylinder manufactured by the MSF process is proved by measuring the residual stresses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.28-38
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2003
Finite element analysis of cylinder heat/block compound under assembly, thermal and firing condition were performed. FE model including two cylinders with gasket, head bolts, liners and valve seats was used. FE modeling method and boundary conditions were introduced. Stress distribution and deformation of cylinder head and block under each loading condition were presented. Gasket pressure distribution and bore distortion level were predicted. Measured data of bore distortion was compared with the analysis results. The analysis result showed similar trends with the experimental data. High cycle fatigue analysis on the basis of this result has been performed in order to find the critical areas of the engine assembly.
Park, Jae-Hyun;Lee, Young-Shin;Shim, Woo-Sung;Kim, Jae-Hoon;Cha, Ki-Up;Hong, Suk-Kyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.6
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pp.488-495
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2008
In order to achieve long fatigue lifetimes for cyclically pressurized thick cylinders, multi-layered compound cylinder has been proposed. Such compound cylinder involves a shrink-fit procedure incorporating a monobloc tube which has previously undergone autofrettage. The basic autofrettage theory assumes elastic-perfectly plastic behaviour. Because of the Bauschinger effect and strain-hardening, most materials do not display elastic-perfectly plastic properties and consequently various autofrettage mo dels are based on different simplified material strain-hardening models, which is assumed that combination of linear strain-hardenig and power strain-hardening model. This approach gives a more accurate prediction than the elastic-perfectly plastic model and is suitable for different strain-hardening materials. In this paper, a general autofrettage model that incorporates the material strain-hardening relationship and the Bauschinger effect, based upon the actual tensile-compressive stress-strain curve of a material was proposed. The model was obtained using the von Mises yield criterion and plane strain condition. The tensile-compressive stress-strain curve was obtained by experiment. The parameters needed in the model were determined by fitting the actual tensile-compressive curve of the material. Finally, strain- hardening model was compared with elastic-perfectly plastic model.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.3
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pp.147-158
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1997
This paper presents the analysis technique and procedure of main engine components-cylinder block, cylinder liners, gasket and cylinder head-using the finite element method, which aims to assess mainly the potential of lower oil consumption in a view point of engine design and to decide subsequently the accuracy of engine design which was done. The F.E. model of an engine section consisting of one whole cylinder and two adjacent half cylinders is used, whereby the crankcase is cut off at the block bottom deck. By means of a 3-dimensional F.E. model-including cylinder block, liners, gasket, cylinder head, bolts and valve seat rings as separate parts a linear analysis of deformations and stresses was performed for three different loading conditions;assembly, thermal and gas loads. For the analysis of thermal boundary conditions also the temperature field had to be evaluated in a subsequent step.
Using a spatial compound imaging technique in a medical ultrasound imaging system, the average speed of sound in a medium of interest is measured, and imaging of its distribution is implemented. When the brightness reaches the highest level in an ultrasonic image obtained as the speed of sound used in focusing is varied, it turns out that the focusing has been accomplished satisfactorily and that the speed of sound which has been adopted becomes the sought-after average speed of sound. Because spatial compound imaging provides many different views of the same object, the adverse effect of erroneous speed-of-sound estimation tends to be more severe in compound imaging than in plain B-mode imaging. Thus, in compound imaging, the average speed of sound even in the case of speckled images can be accurately estimated by observing the brightness change due to different speeds of sound employed. Using this new method that offers spatial diversity, we can construct an image of the speed of sound distribution in a phantom embedded with a 10-mm diameter plastic cylinder whose speed of sound is different from that of the background. The speed of sound in the cylinder is found to be different from that of the surrounding medium.
A boundary integral equation method in the shape design sensitivity analysis is developed for the elasticity problems with axisymmetric non-homogeneous bodies. Functionals involving displacements and tractions at the zonal interface are considered. Sensitivity formula in terms of the interface shape variation is then derived by taking derivative of the boundary integral identity. Adjoint problem is defined such that displacement and traction discontinuity is imposed at the interface. Analytic example for a compound cylinder is taken to show the validity of the derived sensitivity formula. In the numerical implementation, solutions at the interface for the primal and adjoint system are used for the sensitivity. While the BEM is a natural tool for the solution, more generalization should be made since it should handle the jump conditions at the interface. Accuracy of the sensitivity is evaluated numerically by the same compound cylinder problem. The endosseous implant-bone interface problem is considered next as a practical application, in which the stress value is of great importance for successful osseointegration at the interface. As a preliminary step, a simple model with tapered cylinder is considered in this paper. Numerical accuracy is shown to be excellent which promises that the method can be used as an efficient and reliable tool in the optimization procedure for the implant design. Though only the axisymmetric problem is considered here, the method can be applied to general elasticity problems having interface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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