This paper introduces an improved shear deformation theory for analyzing the buckling behavior of functionally graded plates subjected to varying temperatures. The transverse shear strain functions employed satisfy the stress-free condition on the plate surfaces without requiring shear correction factors. The material properties and thermal expansion coefficient of the porous functionally graded plate are assumed temperature-dependent and exhibit continuous variation throughout the thickness, following a modified power-law distribution based on the volume fractions of the constituents. Moreover, the study considers the influence of porosity distribution on the buckling of the functionally graded plates. Thermal loads are assumed to have uniform, linear, and nonlinear distributions through the thickness. The obtained results, considering the effect of porosity distribution, are compared with alternative solutions available in the existing literature. Additionally, this study provides comprehensive discussions on the influence of various parameters, emphasizing the importance of accounting for the porosity distribution in the buckling analysis of functionally graded plates.
Temperature fields and temperature deformations induced by time-varying solar radiation, shadow, and heat exchange are of great importance for the ride safety and quality of the maglev system. Accurate evaluations of their effects on the dynamic performances are necessary to avoid unexpected loss of service performance. This paper presents a numerical approach to determine temperature effects on the maglev train/guideway interaction system. Heat flux density and heat transfer coefficient of different components of a 25 m simply supported concrete guideway on Shanghai High-speed Maglev Commercial Operation Line is calculated, and an appropriate section mesh is used to consider the time-varying shadow on guideway surfaces. Based on the heat-stress coupled technology, temperature distributions and deformation fields of the guideway are then computed via Finite Element method. Combining guideway irregularities and thermal deformations as the external excitations, a numerical maglev train/guideway interaction model is proposed to analyze the temperature effect. The responses comparison including and excluding temperature effect indicates that the temperature deformation plays an important role in amplifying the response of a running maglev, and the parameter analysis results suggest that climatic and environmental factors significantly affect the temperature effects on the coupled maglev system.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.385-395
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2009
In this study, a series of numerical analysis has been accomplished on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) in a geothermal heat pump system (GHP) considering the circulating fluid, pipe, grout and soil formation. A finite element analysis program, ABAQUS, was employed to evaluate the temperature distribution on the cross section of the U-loop system involving HDPE pipe/grout/formation and to compare sectional efficiency between the conventional U-loop and a new latticed HDPE pipe system. Especially, the latticed pipe is equipped with a thermal insulation zone in order to reduce thermal interference between the inflow pipe and the outflow pipe. Also, a thermal stress analysis was performed with the aid of ABAQUS. 3-D finite volume analysis program, FLUENT, was adapted to analyze a coupled system between fluid circulation in the pipe and heat transfer and simulate an operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger. In this analysis, the effect of the thermal properties of grout, rate of circulation pump, distance between the inflow pipe and the outflow pipe, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system are taken into account.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1653-1665
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2002
One of the most significant problems in the processing of composite materials is residual stresses. The residual stresses may be high enough to cause cracking in the matrix even before external loads are applied and can degrade the integrity of composite structures. In this study, thermo-viscoelastic residual stresses occurred in the polymeric composite cylinder are investigated. This type of structure is used for the launch vehicle fuselage. The time and degree of cure dependent thermo-viscoelastic constitutive equations are developed and coupled with a thermo-chemical process model. These equations are solved with the finite element method to predict the residual stresses in the composite structures during cure. A launch vehicle experiences high thermal loads during flight and re-entry due to aerodynamic heating or propulsion heat, and the thermal loads may cause thermal buckling on the structure. In this study the thermal buckling analysis of composite cylinders are performed. Two boundary conditions such as all clamped and all simply supported are used for the analysis. The effects of laminates stacking sequences, shapes and residual stresses on the critical buckling temperatures of composite cylinders are investigated. The thermal buckling analysis is performed using ABAQUS.
This paper represents to develop a computer software system which is capable to analyze the phase transformation of high strength steel(BV-AH32) and to predict heat transfer, residual stress due to phase transformation during Gas Metal Arc(GMA) welding. The developed model was taken into account temperature dependent of young's modules, coefficient of thermal expansion and yield stress as well as the double ellipsoidal heat distribution by the moving arc. The results showed that the longitudinal and transverse residual stresses calculated by the coupled analysis of heat transfer, residual stress and phase transformation are in good agreement with the experimental data. In addition, the temperature distribution as well as longitudinal and transverse residual stresses of weldment were determined at the 1-pass and 2-pass of welding.
In this study, the porothermoelastic problem with the effect of the magnetic field and initial stress was investigated. We applied normal mode analysis to solve the resulting non-dimensional coupled equations. Numerical results for the displacements, temperature distribution, pore pressure, stresses, induced electric field and induced magnetic field distributions are presented graphically and discussed. The medium deformed because of thermal shock and due to the application of the magnetic field, there result an induced magnetic and an induced electric field in the medium. Numerical analyses are given graphically on the square (2D) and cubic (3D) domains to illustrate the effects of the porosity parameter, magnetic field and initial stress parameter on the physical variables.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1051-1057
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2010
This paper proposes a method that involves a combination of FDM and FEM for analyzing casting process. At present, many numerical analysis methods such as FDM, FEM, and BEM are used for solving engineering problems. For a given problem, a specific method that is suited to the problem is adopted; in general, FDM or FVM is favored for problems related to fluid flow or heat transfer, and FEM is adopted in stress analysis. However, there is an increasing need for using a combined method for complex and coupled phenomena analysis. Hence, we proposed a method in which FDM and FEM are coupled in three-dimensional space, and we applied this method to analyze casting process. In the proposed method, solidification and heat transfer was analyzed by using FDM. The field data such as temperature distribution were converted into a format suitable for FEM analysis that was used for calculating thermal stress distribution. Using the proposed method, we efficiently analyzed the analysis process from the viewpoints of work and time.
This paper presents hot spot behaviors on the rubbing surface of disk-pad type brake by using coupled thermal-mechanical analysis technique. The height of micro-asperity on the rubbing surface is usually 2∼3 ${\mu}$m in practical disk brakes. Non-uniform micro-contacts between the disk and the rigid friction pads lead to high local temperature distributions, which may cause the material degradation, and develop hot spots, thermal cracks, and brake system failure at the end for a braking period. The friction temperatures on the rubbing surface of disk brakes in which are strongly related to the hot spot and thermal related wears are rapidly concentrated on the micro-contact asperities during braking. The computed FEM results show that the contact stress, friction induced temperature and thermal strain are highly concentrated on the rubbing micro-contact asperities even though the braking speed and force are small during the braking period. This hot spot may directly produce the slippage and various thermal wears on the brake-rubbing surface.
Dizon, John Ryan C.;Shin, Hyung-Seop;Ko, Rock-Kil;Ha, Dong-Woo;Oh, Sang-Soo
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.10
no.4
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pp.9-12
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2008
The residual stress induced in the superconducting layer was estimated using analytical approach coupled with electro-mechanical test results and XRD measurements. The residual stress measured based on the $I_{c}/I_{c0}$-strain degradation behavior showed similar value with the measured residual stress using XRD. The calculated residual stress based on the thermal analysis showed the lowest value. This could be explained by the additional intrinsic residual stresses induced in the superconducting film during deposition.
Zarandi, Somayeh Bagherinejad;Lai, Hsiang-Wei;Wang, Yun-Che;Aizikovich, Sergey M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.273-287
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2019
Elastoplastic analysis of an annular disc, being fully constrained on its outer rim and interacting with a purely elastic inclusion perfectly bonded with its inner rim, is conducted to study its plastic deformation and residual stress under thermal cycles. The system is termed the composite disc. Quasi-static plane-strain deformation is assumed, and the von Mises yield criterion with or without the Ludwik hardening rule is adopted in our finite element calculations. Effects of multiple material properties simultaneously being temperature dependent on the plastic behavior of the composite disc are considered. Residual stress is analyzed from a complete loading and unloading cycle. Results are discussed for various inclusion radii. It is found that when temperature dependent material properties are considered, the maximum residual stress may be greater than the maximum stress inside the disc at the temperature-loaded state due to lower temperature having larger yield stress. Temperature independent material properties overestimate stresses inside materials, as well as the elastic irreversible temperature and plastic collapse temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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