Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.14
no.5
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pp.32-44
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2010
A two-dimensional thermal response and ablation analysis code for predicting charring material ablation and shape change on solid rocket nozzle is presented. The thermogravimetric analysis (TGA) techniques have been used to characterize the thermal decomposition constants for Arrhenius parameters. Two heterogeneous reactions involving carbon and the oxidizing species of $H_2O$ and $CO_2$ are considered and determined by Zvyagin's ablation model and kinetic constants. The moving boundary problem and mesh moving are solved by remeshing-rezoning method in MSC-Marc-ATAS program. The difference between the calculated and experimental value of char and ablation thickness is up to 20%. For the performance prediction of thermal protection systems, this method will be integrated with a three-dimensional finite-element thermal and structure analysis code through the real time sensing of in-depth temperature and heat flux.
Recent development in composites containing phase-transforming particles, such as vanadium dioxide or barium titanate, reveals the overall stiffness and viscoelastic damping of the composites may be unbounded (Lakes et al. 2001, Jaglinski et al. 2007). Negative stiffness is induced from phase transformation predicted by the Landau phase transformation theory. Although this unbounded phenomenon is theoretically supported with the composite homogenization theory, detailed stress analyses of the composites are still lacking. In this work, we analyze the stress distribution of the Hashin-Shtrikman (HS) composite and its two-dimensional variant, namely a circular inclusion in a square plate, under the assumption that the Young's modulus of the inclusion is negative. Assumption of negative stiffness is a priori in the present analysis. For stress analysis, a closed form solution for the HS model and finite element solutions for the 2D composite are presented. A static loading condition is adopted to estimate the effective modulus of the composites by the ratio of stress to average strain on the loading edges. It is found that the interfacial stresses between the circular inclusion and matrix increase dramatically when the negative stiffness is so tuned that overall stiffness is unbounded. Furthermore, it is found that stress distributions in the inclusion are not uniform, contrary to Eshelby's theorem, which states, for two-phase, infinite composites, the inclusion's stress distribution is uniform when the shape of the inclusion has higher symmetry than an ellipse. The stability of the composites is discussed from the viewpoint of deterioration of perfect interface conditions due to excessive interfacial stresses.
The girder of self-anchored suspension bridge is subjected to large compression force applied by main cables. So, serious damage of the girder due to breakage of hangers may cause collapse of the whole bridge. With the time increasing, the hangers may break suddenly for their resistance capacities decrease due to corrosion. Using nonlinear static and dynamic analysis methods and adopting 3D finite element model, the responses of a concrete self-anchored suspension bridge to sudden breakage of hangers are studied in this paper. The results show that the sudden breakage of a hanger has significant effects on tensions of the hangers next to the broken hanger, bending and torsion moments of the girder, moments of the towers and reaction forces of the bearings. The results obtained from dynamic analysis method are very different from those obtained from static analysis method. The maximum tension of hanger produced by breakage of a hanger exceeds 2.2 times of its initial value, the maximum dynamic amplification factor reaches 2.54, which is larger than the value of 2.0 recommended for cable-stayed bridge in PTI codes. If two adjacent hangers on the same side of bridge break one after another, the maximum tension of other hangers exceeds 3.0 times of its initial value. If the safety factor adopted to design hanger is too small, or the hangers have been exposed to corrosion, the bridge may collapse due to breakage of two adjacent hangers.
Storage racks are used worldwide in industries and commercial outlets due to the advantage of lighter, faster erection and easy alteration of pallet level as required. The studies to understand the behaviour of cold formed steel pallet racks, under seismic action is one of the emerging area of research. The rack consists of perforated uprights and beams with hook-in end connector, which enables the floor height adjustments. The dynamic characteristics of these racks are not well established. This paper presents the dynamic characteristics of 3-D single bay two storey pallet rack system with hook-in end connectors, which is tested on shake table. The sweep sine test and El Centro earthquake acceleration is used to evaluate the seismic performance of the cold formed steel pallet racks. Also an attempt is made to evaluate the realistic dynamic characteristics by using STAAD Pro software. Modal analysis is performed by incorporating the effective moment of inertia of the upright, which considers the effect of presence of perforations and rotational stiffness of the beam-to-upright connection to determine the realistic fundamental frequency of pallet racks, which is required for carrying out the seismic design. Finite element model of the perforated upright section has been developed as a cantilever beam through which effective moment of inertia is evaluated. The stiffness of the hook-in connector is taken from the previous study by Prabha et al. (2010). The results from modal analysis are in good agreement with the respective experimental results.
Bridge piers with bending failure mode are seriously damaged only in the area of plastic hinge length in earthquakes. For this situation, a modified method for the layout of longitudinal reinforcement is presented, i.e., the number of longitudinal reinforcement is increased in the area of plastic hinge length at the bottom of piers. The quasi-static test of three scaled model piers is carried out to investigate the local longitudinal reinforcement at the bottom of the pier on the seismic performance of the pier. One of the piers is modified by increased longitudinal reinforcement at the bottom of the pier and the other two are comparative piers. The results show that the pier failure with increased longitudinal bars at the bottom is mainly concentrated at the bottom of the pier, and the vulnerable position does not transfer. The hysteretic loop curve of the pier is fuller. The bearing capacity and energy dissipation capacity is obviously improved. The bond-slip displacement between steel bar and concrete decreases slightly. The finite element simulations have been carried out by using ANSYS, and the results indicate that the seismic performance of piers with only increasing the number of steel bars (less than65%) in the plastic hinge zone can be basically equivalent to that of piers that the number of steel bars in all sections is the same as that in plastic hinge zone.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.13
no.1
s.38
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pp.63-72
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2006
Mobile products, such as cellular phones, PDA and notebook, are subjected to many different mechanical loads, which include bending, twisting, impact shock and vibration. In this study, a cyclic bending test of the BGA package was performed to evaluate the fatigue life. Special bending tester, which was suitable for electronic package, was developed using an electromagnetic actuator. A nonlinear finite element model was used to simulate the mechanical bending deformation of solder joint in BGA packages. The fatigue life of lead-free (95.5Sn4.0Ag0.5Cu) solder joints was compared with that of lead-contained (63Sn37Pb). When the applied load to the specimen is small, the lead-free solder has longer fatigue life than lead-contained solder. The fatigue crack is initialized at the exterior solder joints and is propagated into the inner solder joints.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.1
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pp.17-22
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2017
In this study, we designed the metallic reception part of a patch antenna using the phase field design method. The design object function is formulated with the S-parameter value which represent the return loss so that it is targeted to maximize radiation efficiency at a target frequency. The initial model of a patch antenna was designed via the ordinary theory based approach and its performance was enhanced by changing the structural configuration of the metallic part using the phase field design method combined with the double well potential functions. The final shape was proposed by removing the gray scale area along the structural boundary by employing a cut-off method. The proposed shape shows that the radiation efficiency at target frequency is significantly improved compared with the initial patch shape. The finite element analysis and optimization precess was performed using the commercial package COMSOL and Matlab programming.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.6
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pp.512-519
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2004
This paper described the free vibration characteristics of Optimized H Type (OHT) spacer grids (SG) supporting the PWR fuel rod. The vibration test and the finite element (FE) analysis are performed under the free boundary condition and the clamped at two points (or three points) in the bottom which is the same one as the experimental condition for the dummy rod continuously supported by spacer grids. A modal test is conducted by the impulse excitation method using an impulse hammer and an accelerometer, and the TDAS module of the I-DEAS software is used to acquire and analyze the sensor signals. The softwares related to the FE analysis are the I-DEAS for the geometrical shape modeling and meshing, and the ABAQUS for solving. The fundamental frequency of the OHT SG by experiment under a clamped condition at two points is 175.18 Hz, and shows a bending mode. We think there is no resonance between the fuel rod and the SG because the SG's frequency is higher than that of the fuel rod existing in the range from 30 to 120 Hz. The fundamental frequency of the SG under the free boundary condition is 349.2 Hz showing a bending mode, and the results between the test and the analysis have a good agreement with maximum 7 % in error It is also found that the FE analysis model of the OHT SGs to analyze an impact, a buckling and vibration et al. has been generated with reliability.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.764-769
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2004
The DC Motor in a vehicle may cause noise and vibration because of high speed revolution, which can make a driver feel uncomfortable. There have been various studies attempting to solve these problems, focusing mostly on the causes of and ways to reduce noise and vibration. It is suggested that the noise in a DC Motor may be primarily due to interaction between a brush and a commutator. Brush noise, the most common noise in a DC Motor, results from a brush bounced from the surface of the commutator, fluctuation of the friction between the brush and the commutator, and the impact on the brush when passing over slots of the commutator. Based on the noise test, one of the most important design parameters was shown to be the roundness of the commutator. As the DC motor is used, the roundness of the commutator gets bigger with subsequent increase of the level of brush noise and vibration. There must be a threshold in order to prevent the brush noise from getting worse. Using the method of CAE is more efficient than the real test for purposes of looking for various design parameters to maintain the roundness of the commutator. In this study, the design process to reduce the brush noise is presented with the use of a computer model. The design parameters to reduce the brush noise and vibration are proposed by using FEM. The design parameters are used to reduce the noise and vibration of a DC motor and it is verified with the test results on a fan DC motor in a vehicle. This method may be applicable to various DC motors.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.5
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pp.459-467
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2012
In this work, the configuration of a haptic gripper featuring magnetorheological(MR) brakes is proposed and an optimal design of the MR brakes for the haptic griper is performed considering the required braking torque, the uncontrollable torque(zero-field friction torque) and mass of the brakes. Several configurations of MR brake is proposed such as disc-type, serpentine-type and hybrid-type. After the configurations of the MR brakes are proposed, braking torque of the brakes is analyzed based on Bingham rheological model of the MR fluid. The zero-field friction torque of the MR brakes is also analyzed. An optimization procedure based on finite element analysis integrated with an optimization toolbox is developed for the MR brakes. The purpose of the optimal design is to find optimal geometric dimensions of the MR brake structure that can produce the required braking torque and minimize the mass of the MR brakes. In addition, the uncontrollable torque of the MR brakes is constrained to be much smaller than the required braking torque. Based on the developed optimization procedure, optimal solution of the proposed MR brakes are achieved and the best MR brake is determined. The working performance of the optimized MR brake is then investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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