The present paper aims to study the influence of the magnetic field and initial stress on the 2-D problem of generalized thermo-viscoelastic material with voids subject to thermal loading by a laser pulse in the context of the Lord-Shulman and the classical dynamical coupled theories. The analytical expressions for the physical quantities are obtained in the physical domain by using the normal mode analysis. These expressions are calculated numerically for a specific material and explained graphically. Comparisons are made with the results predicted by the Lord-Shulman and the coupled theories in the presence and absence of the initial stress and the magnetic field.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.9
no.1
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pp.14-18
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2010
Car muffler has the role to form the exhaust gas from high temperature- pressure to lower level and reduce the generated noise. Because of this role, its durability decrease as deformation by heat is occurred. This study is to analyze the flow of exhaust gas inside muffler and its coupled thermal deformation with 3-D modeling and ANSYS. There is the fastest flow at the exit of muffler with the maximum velocity of 54 m/s. And the maximum deformation or equivalent stress is shown at this model respectively as 0.00435 mm or 3414.4 MPa by the influence of heat and pressure at part of intersection with inlet and body of muffler.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.183-190
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2003
Major device failures such as die cracking, interfacial delamination and warpage in flip chip packages are due to excessive heat and thermal gradients- There have been significant researches toward understanding the thermal performance of electronic packages, but the majority of these studies do not take into account the combined effects of thermo-mechanical interactions of the different package constituents. This paper investigates the thermo-mechanical performance of flip chip package constituents based on the finite element method with thermo-mechanically coupled elements. Delaminations with different lengths between the silicon die and underfill resin interfaces were introduced to simulate the defects induced during the assembly processes. The temperature gradient fields and the corresponding stress distributions were analyzed and the results were compared with isothermal case. Parametric studies have been conducted with varying thermal conductivities of the package components, substrate board configurations. Compared with the uniform temperature distribution model, the model considering the temperature gradients provided more accurate stress profiles in the solder interconnections and underfill fillet. The packages with prescribed delaminations resulted in significant changes in stress in the solder. From the parametric study, the coefficients of thermal expansion and the package configurations played significant roles in determining the stress level over the entire package, although they showed little influence on stresses profile within the individual components. These observations have been implemented to the multi-board layer chip scale packages (CSP), and its results are discussed.
The present study developed a sequential approach-based numerical simulator for modeling coupled thermal-hydrological-mechanical (THM) processes in the ground and investigated the computational performance of the coupling analysis algorithm. The present sequential approach linked the two different solvers: an open-source numerical code, OpenGeoSys for solving the thermal and hydrological processes in porous media and a commercial code, FLAC3D for solving the geomechanical response of the ground. A benchmark test of the developed simulator was carried out using a THM problem where an analytical solution is given. The benchmark problem involves the coupled behavior (variations in temperature, pore pressure, stress, and deformation with time) of a fully saturated porous medium which is subject to a point heat source. The results of the analytical solution and numerical simulation were compared and the validity of the numerical simulator was investigated.
Determining the residual stress during casting processes is important for evaluating the mechanical properties and strength of materials and to optimize manufacturing conditions. In this study, we propose a field data interface procedure between FDM and FEM in a 3-dimensional space for analyzing the casting process and structural analysis. The casting process was analyzed using FDM and the data of the temperature distribution were converted into a format suitable for FEM analysis to calculate the thermal stress and safety factor by tightening force. The results of the coupled analysis between FDM and FEM showed that casting residual stress is an important factor in predicting life time and evaluating durability.
The additive manufacturing technology, also called 3D printing, is growing fast. There are several methods for 3D printing. Fused deposition modeling (FDM) type 3D printing is the most popular method because it is simple and inexpensive. Moreover, it can be used for printing various thermoplastic materials. However, it contains the cooling of layered road and causes thermal shrinkage. Thermal shrinkage should be controlled to obtain high-quality products. In this study, temperature distribution and cooling behavior of a layered road with cooling are studied through computer simulation. The thermal shrinkage of the layered road was simulated using the calculated temperature distribution with time. Shape variation of the layered road was predicted as cooling proceeded. Stress between the bed and the layered road was also predicted.This stress was considered as the detaching stress of the layered road from the bed. The simulations were performed for various thermal conductivities and temperatures of the layered road, bed temperature, and chamber temperature of a 3D printer. The simulation results provide detailed information about the layered road for FDM type 3D printing under operational conditions.
It is important to understand the characteristics of material strength and fracture under the dynamic loading like as earthquakes to assure the integrity of welded structures. The characteristics of dynamic strength and fracture in structural steels and their welded joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the service temperature. It is difficult to predict or measure temperature rise history with the corresponding stress-strain behavior. In particular, material behaviors beyond the uniform elongation can not be precisely evaluated, though the behavior at large strain region after the maximum loading point is much important for the evaluation of fracture. In this paper, the coupling phenomena of temperature and stress-strain fields under the dynamic loading was simulated by using the finite element method. The modified rate-temperature parameter was defined by accounting for the effect of temperature rise under the dynamic deformation, and it was applied to the fully-coupled analysis between heat conduction and thermal elastic-plastic behavior. Temperature rise and stress-strain behavior including complicated phenomena were studies after the maximum loading point in structural steels and their undermatched joints and compared with the measured values.
The purpose of this study is to investigate geometric effect on the contact stress at a lip seal. The geometries of interest were angle, thickness of lip seal and width of contact surface. The contact stress was calculated by using a coupled thermo-mechanical analysis method. The friction thermal load between lip seal and sleeve was adopted to design load. Based on the FEA results, design variables for controlling the maximum contact stress at the lip seal were identified.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.5
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pp.96-104
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2000
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 and welding residual stress due to phase transformation during Gas Metal Arc(GMA) welding. The developed model was considered temperature dependent properties such as young's modules, coefficient of thermal expansion and yield stress as well as the double ellipsoidal heat distribution by the moving arc. From the results, it was found that the longitudinal and transverse residual stresses calculated by the coupled analysis of heat transfer, residual stress and phase transformation showed good agreement with the experimental data. In addition, the temperature distribution as well as longitudinal and transverse residual stresses of weldment by the 1-pass and 2-pass of welding were also determined.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.217-224
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2005
A higher order zig-zag shell theory is developed to refine the predictions of the mechanical and thermal behaviors partially coupled. The in-plane displacement fields are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field through the thickness. Smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the out-of-plane displacement in order to consider transverse normal deformation and stress. The layer-dependent degrees of freedom of displacement fields are expressed in terms of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions as well as bounding surface conditions of transverse shear stresses. Thus the proposed theory has only seven primary unknowns and they do not depend upon the number of layers. In the description of geometry and deformation of shell surface, all rigorous exact expressions are used. Through the numerical examples of partially coupled analysis, the accuracy and efficiency of the present theory are demonstrated. The present theory is suitable in the predictions of deformation and stresses of thick composite shell under mechanical and thermal loads combined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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