A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies of hyperboloidal shells free at the top edge and clamped at the bottom edge like a hyperboloidal cooling tower by the Ritz method based upon the circular cylindrical coordinate system instead of related 3-D shell coordinates which are normal and tangent to the shell midsurface. The Legendre polynomials are used as admissible displacements. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated. Natural frequencies from the present 3-D analysis are also compared with those of straight beams with circular cross section, complete (not truncated) conical shells, and circular cylindrical shells as special cases of hyperboloidal shells from the classical beam theory, 2-D thin shell theory, and other 3-D methods.
In this study, the stability of laminated homogeneous and non-homogeneous orthotropic truncated conical shells with freely supported edges under a uniform hydrostatic pressure is investigated. It is assumed that the composite material is orthotropic and the material properties depend only on the thickness coordinate. The basic relations, the modified Donnell type stability and compatibility equations have been obtained for laminated non-homogeneous orthotropic truncated conical shells. Applying Galerkin method to the foregoing equations, the expression for the critical hydrostatic pressure is obtained. The appropriate formulas for the single-layer and laminated, cylindrical and complete conical shells made of homogeneous and non-homogeneous, orthotropic and isotropic materials are found as a special case. Finally, effects of non-homogeneity, number and ordering of layers and variations of shell characteristics on the critical hydrostatic pressure are investigated.
This paper has developed a forging process for conical shells for making aluminum cylindrical large shells. An incremental forging process was applied to reduce forging loads and die cost. The preform is designed based on the crosssectional area of the final forged shape. Inner diameter of the preform for mandrel forging is constant, and outer diameter is conical so that it matches the cross-sectional area of the product. However, simulation confirmed that the larger diameter is smaller than predicted and the length is larger than predicted because in the initial stage of forging, the large diameter portion first comes into contact with the anvil at the initial stage of forging and stretches in longitudinal direction. So, it has developed a rule to design the preform considering 3-D deformation instead of plane strain deformation at the beginning stage of mandrel forging. The developed mandrel forging process can be applied to more similar products and economic benefits may be obtained.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.5
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pp.702-710
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1999
U-shaped bellows are usually used to piping system pressure sensor and controller for refriger-ator. Bellows subjected to internal pressure are designed for the purpose of absorbing deformation. Internal pressure on the convolution sidewall and end collar will be applied to an axial load tend-ing to push the collar away from the convolutions. To find out deformation behavior of bellow sub-jected to internal pressure the axisymmetric shell theory using the finite element method is adopted in this paper. U-shaped bellows can be idealized by series of conical frustum-shaped ele-ments because it is axisymmetric shell structure. The displacements of nodal points due to small increment of force are calculated by the finite element method and the calculated nodal displace-ments are added to r-z cylindrical coordinates of nodal points. The new stiffness matrix of the sys-tem using the new coordinates of nodal points is adopted to calculate the another increments of nodal displacement that is the step by step method is used in this paper. The force required to deflect bellows axially is a function of the dimensions of the bellows and the materials from which they are made. Spring constant is analyzed according to the changing geometric factors of U-shaped bellows. The FEM results were agreed with experiment. Using developed FORTRAN PROGRAM the internal pressure vs. deflection characteristics of a particu-lar bellows can be predicted by input of a few factors.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.05a
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pp.274-277
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2003
The purpose of this study is preparing the database for conventional spinning of the steel sheets which are applied into the mechanical parts such as wheel disc and driving clutch drums. The experimental work for the conventional spinning of cylindrical typed shell has been carried out and the database for limiting spinning ratios, suing-back and thickness distributions has been obtained. The working conditions are categorized for the feeding velocity and dimension of rotating mandrel and forming roller. The results are useful to the product design of conical parts. And the present study can contribute to the improvement of industrial technology.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.21
no.2
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pp.19-27
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1984
An extension of the finite element method to the stability analysis of shells of revolution under static axisymmetric loading is presented in this paper. A systematic procedure for the formulation of the problem is based upon the principle of virtual work. This procedure results in an eigenvalue problem. For solution, the shell of revolution is discretized into a series of conical frusta. The buckling mode in the circumferential direction is assumed, this assumption makes the problem economical for the computing time. The present method is applied to a number of shells of revolution, under axial compression or lateral pressure, and comparision are made with other theoretical results. The results show good agreement each other. The effects of aspect ratio, boundary conditions and buckling modes on the buckling strength of shells of revolution are studied. Also the optimum shape of cylindrical shell under uniform axial compression is obtained from the view point of structural stability.
Kim, Ji-Chul;Lee, Hak-Yeol;Kim, Il-Soo;Shim, Woo-Jeon
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.05a
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pp.169-176
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2002
Axial crushing behavior of cylindrical shell Is utilized in the braking of the high-velocity impacting object. In this paper, truncated cone shape brake device is introduced. That is, thickness of the shell is increased gradually from the impacting end to the other end. A detailed experimental investigation on the quasi-static axial crushing behavior of truncated cone type brake devices has been performed. Specimens of various shape were tested to check the influence of design parameters such as length, radius, mean thickness, and conical angle of cylinder. Influence of the material properties were also investigated by adopting aluminum, low carbon steel, and stainless steel as constructing materials. By analyzing deformation procedures of the specimens, it is seen that conical angle influence the deformation mode and the sequence of the wrinkles generation. Braking distance and mean braking force of each specimen were predicted based on the crushing load measured from the tests.
The structural feasibility of a variety of non-conventional sludge digesters, in the form of thin shells of revolution constructed in concrete, has formed the subject of investigation of a recent programme of research at the University of Cape Town. Such forms are usually known in the literature as "egg-shaped", and the advantages of these over conventional digesters of the wide-cylindrical type are now well-recognised: superior mixing efficiency, less accumulation of deposits at the bottom, easier removal of bottom deposits and surface crust, reduced heat losses, and so forth. With the aim of exploring the structural feasibility of various non-conventional forms for concrete sludge digesters, and making available usable analytical data and practical guidelines for the design of such thin shell structures, a number of theoretical studies have recently been undertaken, and these have covered conical assemblies, spherical assemblies and parabolic ogival configurations. The purpose of the present paper is to bring together the different analytical approaches employed in each of these studies, summarise the main findings in each case, draw comparisons among the various studied configurations with regard to structural efficiency and functional suitability, and make appropriate conclusions and recommendations.
Vanlaere, Wesley;Impe, Rudy Van;Lagae, Guy;Maes, Thomas
Structural Engineering and Mechanics
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v.19
no.2
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pp.217-230
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2005
A steel silo traditionally consists of a cylindrical and a conical shell. In order to facilitate emptying operations, the cylinder is placed on local supports. This may lead to dangerous stress concentrations and eventually to local instability of the cylindrical wall. In this contribution, the locally supported cylinder is strengthened by means of ring stiffeners and longitudinal stiffeners and the effect of their dimensions on the buckling stress is investigated. This study leads to a number of diagrams, each of them representing the effect of one of the dimensions on the buckling stress. In each diagram, the failure pattern corresponding to the buckling stress is indicated.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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