• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제10권2호
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• pp.127-140
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• 2023

The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권5호
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• pp.587-602
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• 2023

This article presents the numerical modelling of transient heat transfer in highly heterogeneous composite materials where the thermal conductivity, specific heat and density are assumed to be directional-dependent. This article uses a coupled finite element-finite difference scheme to perform the transient heat transfer analysis of unidirectional (1D) and multidirectional (2D/3D) functionally graded composite panels. Here, 1D/2D/3D functionally graded structures are subjected to nonuniform heat source and inhomogeneous boundary conditions. Here, the multidirectional functionally graded materials are modelled by varying material properties in individual or in-combination of spatial directions. Here, fully spatial-dependent material properties are evaluated using Voigt's micromechanics scheme via multivariable power-law functions. The weak form is obtained through the Galerkin method and solved further via the element-space and time-step discretisation through the 2D-isoparametric finite element and the implicit backward finite difference schemes, respectively. The present model is verified by comparing it with the previously reported results and the commercially available finite element tool. The numerous illustrations confirm the significance of boundary conditions and material heterogeneity on the transient temperature responses of 1D/2D/3D functionally graded panels.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권11호
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• pp.3516-3524
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• 1996

Service conditions for structures at elevated temperatures in nuclear power plant involve transient thermal and mechanical load levels that are severe enough to caeuse inelastic deformations due to creep and plasticity. Therefore, a systematic mehtod of inelastic analysis is needed for the design of structural components in nuclear poser plants subjected to such loading conditions. In the present investigation, the Chabodhe model, one of the unified viscoplastic constitutive equations, was selected for systematic inelastic analysis. The material response was integrated based on GMR ( generallized mid-point rule) time integral scheme and provided to ABAQUS as a material subroutine, UMAT program. By comparing results obtaned from uniaxial analysis using the developed UMAT program with those from Runge-Kutta solutions and experimentaiton, the validity of the adopted Chaboche model and the numerical stability and accuracy of the developed UMAT program were verified. In addition, the developed material subroutine was applied for uniaxial creep and tension analyses for the plate with a hole in the center. The application further demonstrates usefulness of the developed program.

• Journal of Welding and Joining
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• 제34권6호
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• pp.42-46
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• 2016

Hydrogen assisted cracking (HAC) is one of the most complicated problem in welding. Huge amount of studies have been done for decades. Based on them, various standards have been established to avoid HAC. But it is still a chronic problem in industrial field. It is well known that the main causes of the hydrogen crack are residual stress, crack susceptible micro structures and a certain critical level of hydrogen concentration. Even though the exact generating mechanism is unclear till today, it has been reported that the hydrogen level in the weld metal should be managed less than a certain amount to prevent it. Matsuda studied that the residual hydrogen level in the weld metal can be varied even if the initial hydrogen content is same. It is also insisted in this report that the residual hydrogen concentration is in stronger correlation with hydrogen crack than the initial hydrogen content. But, in practical point of view, the residual hydrogen is still hard to consider because measuring hydrogen level is time and cost consuming process. In this regard, numerical analysis is the only solution for considering the residual hydrogen content. Meanwhile, Takahashi showed the possibility of predicting the residual hydrogen by a rigorous FE analysis. But, few commercial software suitable for solving the weld metal hydrogen has been reported yet. In this study, two dimensional thermal - hydrogen coupled analysis was developed by using the commercial FE software MARC. Since the governing equation of the hydrogen diffusion is similar to the heat transfer, it is shown that the heat transfer FE analysis in association with hydrogen diffusion property can be used for hydrogen diffusion analysis. A series of simulation was performed to verify the accuracy of the model. For BOP (Bead-On-Plate) and the multi-pass butt welding simulations, remaining hydrogen contents in the weld metal is well matched with measurements which are referred from Kim and Masamitsu.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.82-89
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• 2002

선상가열에 의한 판 변형 예측은 고유변형도법에 의해 효율적으로 예측할 수 있다. 종래의 용접에서의 고유변형도 결정 방법은 용접 실험을 통하여 온도분포와 강의 상변태 영역(Ac3)을 시편을 절단하여 계측하고 이를 고유변형도 영역으로 간주하는 것이었다. 선상가열의 현상은 용접과 유사하므로, 용접과 같은 조건 하에서 얻어진 결과를 그대로 선상가열 해석에 이용하여 왔으나 이 결과는 가열 패턴이나 판 두께에 제한을 가지고 있다. 또한 현장에서는 선상가열 후 수냉 처리하는데 그 과정에서 강이 원래의 상으로 돌아가지 않고 마르텐사이트가 되면서 전단 소성 변화를 일으킨다는 점에 착안하여, 본 연구에서는 종래에 시편의 온도계측과 상변태 영역을 직접 계측하는 파괴검사법을 FEM을 이용한 이론해석으로 대체하였다. 즉 임의의 적절한 열속 모델에 대한 온도 분포를 얻고, 조직변화에 따라 추가적으로 발생하는 소성 영역을 고려하기 위하여 공석 온도 영역까지 포함시켜 온도계측과 파괴실험 없이 순수한 이론만으로 고유변형도 영역을 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법으로 결정한 영역을 이용하여 판의 변형을 예측하고 실험 결과와 비교하여 잘 일치함으로써 본 논문에서 제안한 방법의 유효성을 입증하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제31권2호
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• pp.23-27
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• 2024

본 연구에서는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 내 prepreg의 점탄성 특성에 따라 발생하는 time-dependent warpage 거동 양상을 유한요소해석 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 응력 완화 시험(stress relaxation test)을 통해 prepreg의 정확한 점탄성 물성을 측정하였으며, 이를 시뮬레이션에 반영하여 warpage 분석을 진행하였다. PCB에 반복적인 열 사이클이 가해지는 상황에서 prepreg의 탄성 특성만을 반영한 경우에는 PCB의 warpage가 초기 상태로 원복되었지만, prepreg의 점탄성 특성까지 반영하였을 때는 그 warpage가 원복되지 못하고 영구적인 warpage 변화가 발생함을 확인하였다. 각기 다른 3개 종류의 prepreg 원자재에 대한 warpage 해석을 진행하여 그 기계적 신뢰성을 비교 분석하였으며, 그 결과 탄성 특성이 점탄성 특성보다 우세한 재료일수록 warpage가 더욱 적게 발생하여 기계적 신뢰성이 우수하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권2호
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• pp.207-212
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• 2016

신뢰성 및 반복성을 포함한 장점을 갖고 있는 고주파 유도 경화는 많은 산업분야에 사용된다. 고주파 유도 경화는 화염을 이용하지 않고 최소한의 시간에 에너지-효율적인 가열방법을 제공하는 비접촉식 방법이다. 최근, 유한요소법을 이용한 고주파 유도 경화가 적극적으로 연구되고 있지만, 이들 연구는 단지 분석의 정확도에 초점을 맞추고 있다. 본 논문에서는 코일 및 입력 전원을 동일한 형태의 조건에서 가변 주파수를 적용하여 해석하고 실험결과와 비교하였다. 해석과 실험 결과는 최적의 주파수인 3kHz를 사용하였을 때 경화 깊이가 거의 동일함을 보인다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.123-128
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• 2022

본 연구는 전개형 SAR 안테나에 적용하기 위한 비폭발 분리장치를 제안하였다. Ni-Cr 와이어를 감아 제작된 분리장치를 이용하여 SAR 안테나의 벨트가 전개되지 않도록 구속한다. 분리 장치를 구속하는 Ni-Cr 와이어는 발열을 통해 절단함으로써 벨트 전개 시 충격량을 최소화한다. 분리장치의 설계를 위해 설계하중(99g)과 preload를 고려하여 AL과 Ti을 대상으로 유한요소 해석을 수행하였다. AL을 이용 시 해석결과, 최대 변형량이 0.256 mm 발생하였고, 안전마진은 +0.09로 확인되었다. 또한 궤도상 열분석을 수행하여 온도분포를 확인한 결과, 최저온 궤도와 최고온 궤도에서 -50~+2℃의 온도분포와 -10~+90℃의 온도분포를 각각 나타내어 우주환경에서도 구속분리장치가 안정적임을 입증하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.69-73
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• 2010

Through-silicon-via (TSV)를 포함하고 있는 3차원 적층 반도체 패키지에서 구조적 변수에 따른 열응력의 변화를 살펴보기 위하여 유한요소해석을 수행하였다. 이를 통하여 TSV를 포함하고 있는 3차원 적층 반도체 패키지에서 웨이퍼 간 접합부의 지름, TSV 지름, TSV 높이, pitch 변화에 따른 열응력의 변화를 예측하였다. 최대 von Mises 응력은 TSV의 가장 위 부분과 Cu 접합부, Si, underfill 계면에서 나타났다. TSV 지름이 증가할 때, TSV의 가장 위 부분에서의 von Mises 응력은 증가하였다. Cu 접합부 지름이 증가할 때, Si과 Si 사이의 Cu 접합부가 Si, underfill과 만나는 부분에서 von Mises 응력이 증가하였다. Pitch가 증가할 때에도, Si과 Si 사이의 Cu 접합부가 Si, underfill과 만나는 부분에서 von Mises 응력이 증가하였다. 한편, TSV 높이는 von Mises 응력에 크게 영향을 미치지 못하였다. 따라서 TSV 지름이 작을수록, 그리고 pitch가 작을수록 기계적 신뢰성은 향상되는 것으로 판단된다.

• 한국정밀공학회지
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• 제20권7호
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• pp.233-240
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• 2003

Recently, the world are preparing for new revolution, called as If (Information Technology), NT (Nano-Technology), and BT (Bio-Technology). NT can be applied to various fields such as semiconductor-micro technology. Ultra precision processing is required for NT in the field of mechanical engineering. Recently, together with radical advancement of electronic and photonics industry, necessity of ultra precision processing is on the increase for the manufacture of various kernel parts. Therefore, in this paper, stability of ultra precision cutting unit is investigated, this unit is the kernel unit in ultra precision processing machine. According to alteration of shape and material about hinge, stability investigation is performed. In this paper, hinge shapes of micro stage in UPCU(Ultra Precision Cutting Unit) are designed as two types, where, hinge shapes are composed of round and rectangularity. Elasticity and strength are analyzed about micro stage, according to hinge shapes, by FE analysis. Micro stage in ultra precision processing machine has to keep hinge shape under cutting condition with 3-component force (cutting component, axial component, radial component) and to reduce modification against cutting force. Then we investigated its elasticity and its strength against these conditions. Material of micro stage is generally used to duralumin with small thermal deformation. But, stability of micro stage is investigated, according to elasticity and strength due to various materials, by FE analysis. Where, Used materials are composed of aluminum of low strength and cooper of medium strength and spring steel of high strength. Through this stability investigation, trial and error is reduced in design and manufacture, at the same time, we are accumulated foundation data for unit control.