The ingot-breakdown scheme of a tower flange material (low-alloy steel) for offshore wind turbine was investigated using finite element (FE) simulations and experimental analyses. Based on compression test results of the low-alloy steel, a deformation processing map was generated using the superposition approach between the dynamic materials model (DMM) and Ziegler's instability criterion. The deformation processing map allowed determination of the optimum process conditions for the tower flange material. Within the FE simulations of the ingot breakdown process, the Cockcroft-Latham criterion, which considers ductile fracture, was used to predict the possibility of forming defects during the hot working process. In general, the critical value for the ductile fracture of steel is 0.74. During the ingot-breakdown under optimum process conditions, the actual tower flange forgings exhibited a relatively uniform shape without any forming defects.
본 연구에서는 곡선형 보의 선형탄성 3D Solid 유한요소 모델을 구축하고 외력이 작용하였을 때 유한요소 해석을 수행하였다. 유한요소 해석결과와 이론해 결과의 오차는 대부분의 위치에서 1% 내외로 발생하는 것으로 보아 이론해와 잘 부합한다고 판단된다. 검증된 유한요소 모델을 이용하여 시간이력해석을 수행하였으며 시간이력해석결과 경주 지진파 적용 시 가장 작은 결과가 나타났으며 이는 경주 지진파의 특성이 고주파 성분의 영역의 특성을 보이기 때문이다. 또한 곡선형 보의 곡률중심을 $45^{\circ}$로 감소시켜 동적 해석을 수행하였을 때 Lomaprieta 지진파의 Von-Mises 결과가 647.824MPa로 가장 큰 것으로 나타났다.
Three dimensional, elastic-plastic finite element(FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under combined tension and bending are performed using actual tensile data of stainless steel, for two purposes. The first one is to validate the recently-proposed enhanced reference stress (ERS) method to estimate the J-integral and COD for circumferential through-wall cracked pipes under combined tension and bending. The second one is to compare those results with the GE/EPRI estimations. The FE results of the J-integral and the COD, resulting from six cases of proportional and non-proportional combined tension and bending, compare very well with those estimated from the proposed method. Excellent agreements of the proposed method with the detailed FE results provide sufficient confidence in the use of the proposed method to the Leak-Before-Break(LBB) analysis of through-wall cracked pipes under combined tension and bending.
Many research works have been performed on the J-T approach for elastic-plastic crack-tip stress fields in a variety of plane strain specimens. To generalize the validity of J-T method, further investigations are however needed fur more practical 3D structures than the idealized plane strain specimens. The present study deals mainly with 3D finite element (FE) modeling of welded plate and straight pipe, and accompanying elastic, elastic-plastic FE analyses. Manual 3D modeling is almost prohibitive, since the models contain semi-elliptical interfacial cracks which require singular elements. To overcome this kind of barrier, we develop a program generating the meshes fur semi-elliptical interfacial cracks. We then compare the detailed 3D FE stress fields to those predicted with J-T two parameters. The validity of J-T approach is thereby extended to 3D yield-strength-mismatched weld joints, and useful information is inferred fur the design or assessment of pipe welds.
The present contribution addresses the parallelization of advanced simulation methods for structural reliability analysis, which have recently been developed for large-scale structures with a high number of uncertain parameters. In particular, the Line Sampling method and the Subset Simulation method are considered. The proposed parallel algorithms exploit the parallelism associated with the possibility to simultaneously perform independent FE analyses. For the Line Sampling method a parallelization scheme is proposed both for the actual sampling process, and for the statistical gradient estimation method used to identify the so-called important direction of the Line Sampling scheme. Two parallelization strategies are investigated for the Subset Simulation method: the first one consists in the embarrassingly parallel advancement of distinct Markov chains; in this case the speedup is bounded by the number of chains advanced simultaneously. The second parallel Subset Simulation algorithm utilizes the concept of speculative computing. Speedup measurements in context with the FE model of a multistory building (24,000 DOFs) show the reduction of the wall-clock time to a very viable amount (<10 minutes for Line Sampling and ${\approx}$ 1 hour for Subset Simulation). The measurements, conducted on clusters of multi-core nodes, also indicate a strong sensitivity of the parallel performance to the load level of the nodes, in terms of the number of simultaneously used cores. This performance degradation is related to memory bottlenecks during the modal analysis required during each FE analysis.
This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
The austempering transformation behavior in Fe-0.7wt.%C-2.3wt.%Si-0.3wt.%Mn steel is investigated. Each specimen was austenitized for 60 min at $900^{\circ}C$, and austempered at $380^{\circ}C$ for different time periods varying from 2 min to 256 min. After the austempering heat treatment, the Stage I and II evolutions are performed using optical metallography, X-ray diffraction and image analyses. Variations in the X-ray diffraction patterns and lattice parameters of the ferrite and austenite demonstrate that the residual austenite decomposes into ferrite and carbide during the Stage II evolution; moreover the amount of ferrite increases during the Stage I evolution. While the amount of austenite increases during Stage I, it dicreases during Stage II. Overall, the variations in the volume fractions of the microstructure and carbide formation in stages I and II meet high temperature austempering reaction of the ausferrite microstructure.
Many research works have validated the J-T approach to elastic-plastic crack-tip stress fields in a variety of plane strain specimens. To generalize the validity of J-T method, further investigations are however needed for more practical 3D structures than the idealized plane strain specimens. In this work, we perform 3D finite element (FE) modeling of welded plate and straight pipe, and accompanying elastic, elastic-plastic FE analyses. Manual 3D modeling is almost prohibitive, since the models contain semi-elliptical interfacial cracks which require singular elements. To overcome this kind of barrier, we develop a program generating the meshes for semi-elliptical interfacial cracks. We then compare the detailed 3D FE stress fields to those predicted with J-T two parameters. Thereby we extend the validity of J-T application to 3D structures and infer some useful informations for the design or assessment of pipe welds.
This paper proposes a robust method for the Ramberg-Osgood (R-O) fit to accurately estimate elastic-plastic J from engineering fracture mechanics analysis based on deformation plasticity. The proposal is based on engineering stress-strain data to determine the R-O parameters, instead of true stress-strain data. Moreover, for practical applications, the method is given not only for the case when full stress-strain data are available but also for the case when only yield and tensile strengths are available. Reliability of the proposed method for the R-O fit is validated against detailed 3-D Finite Element (FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under global bending using five different materials, three stainless steels and two ferritic steels. Taking the FE J results based on incremental plasticity using actual stress-strain data as reference, the FE J results based on deformation plasticity using various R-O fits are compared with reference J values. Comparisons show that the proposed R-O fit provides more accurate J values for all cases, compared to existing methods for the R-O fit. Advantages of the proposed R-O fit in practical applications are discussed, together with its accuracy.
Recent trends to reduce the size of mobile electronics products have driven miniaturization of various components, including screw parts for assembling components. Considering that the size reduction of screws may degenerate their joining capabilities, the size reduction should not be limited to the thread region but should be extended to its head region. The screw head is usually manufactured by forging in which a profiled punch presses a billet so that plastic deformation occurs to form the desired shape. In this study, finite element (FE) analysis was performed to simulate the forging process of a subminiature screw; a screw head of 1.7 mm diameter is formed out of a 0.82 mm diameter billet. The FE analysis result indicates that this severe forging condition leads to a generation of folding defects. FE analyses were further performed to find appropriate punch design parameters that minimize the amount of folding defects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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