Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제22권6호
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pp.541-548
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2009
In this study, Charpy impact test and numerical studies were performed to examine the effects of failure behavior and energy absorption on the notch position. For this purpose, carbon steel plate(SA-516 Gr. 70) with thickness of 25mm usually used for pressure vessel was welded by SMAW(Shielded Metal-Arc Welding)method and specimens were fabricated from the welded plate. The Charpy impact tests were then performed with specimens having different notch positions varying within HAZ. A series of three-dimensional FE analysis which simulates the Charpy test and crack propagation are carried out as well. We divided HAZ into two, three and four regions to apply mechanical properties of HAZ to FE-analys. Results reveal that the absorbed energies during impact test depend significantly on the notch position. To obtain the results of reliability, HAZ should be divided into at least three regions.
Al-Mg-Si alloys are light weight and have excellent corrosion resistance, and are attracting attention as a liner material for high-pressure hydrogen containers in hydrogen fuel cell vehicles. Because it has excellent plastic hardening properties, it is also applied to car body panel materials, but it is moderate in strength, so research to improve the strength by adding Si-rich or Cu is in progress. So far, the authors have conducted research on the intergranular fracture of alloys with excessive Si addition from the macroscopic mechanical point of view, such as specimen shape. To evaluate their impact tensile properties, the split-Hopkinson bar impact test was performed using thin plate specimens of coarse and fine grain alloys of Al-Mg-X (X = Cr,Si) alloy. The effect of the shape of the specimen on the characteristics was studied through finite element method (FEM) analysis. As a result, it was found that the intergranular fracture of the alloy with excessive Si depended on the specimen width (W)/grain size (d), which can be expressed by the specimen size and grain size. As W/d decreases, the intergranular fracture transforms into a transgranular fracture. As the strain rate increases, the fracture elongation decreases, and the fracture surface of the intergranular fracture becomes more brittle. It was confirmed that intergranular fracture occurred in the high strain rate region even in materials with small grain sizes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제40권12호
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pp.1005-1011
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2016
The fundamental reason for gear noise is transmission error. Transmission error occurs because of STE (static transmission error) and DTE (dynamic transmission error), while a pair of gears is meshing. These errors are generated by the deflection of the teeth and the friction on the surface of the teeth. In addition, the vibration generated by transmission error leads to excited bearings. The bearings support the shafts, and the noise is radiated after exciting the gear casing. The analysis of the contact stress in helical gear tooth flanks indicates that it is due to impact loading, such as the sudden engagement and disengagement of a gear. Stress analysis is performed for different roll positions, in order to determine the most critical roll angle. Dynamic analysis is performed on this critical roll position, in order to evaluate variation in stresses and tooth contact force, with respect to time. In this study, transmission error analysis was implemented on a spur and helical gear with involute geometry and a modified geometry profile. In addition, in order to evaluate the intensity of impact due to sudden engagement and significant backlash, the impact factor was calculated using the finite element analysis results of static and dynamic maximum bending stresses.
Kim, Jang-Ho Jay;Yi, Na-Hyun;Phan, Duc-Hung;Kim, Sung-Bae;Lee, Kang-Won
Journal of the Korea Concrete Institute
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제22권4호
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pp.535-546
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2010
Recently, the probability of collision accident between vehicles or vessels and infrastructures are increasing at alarming rate. Particularly, collision impact load can be detrimental to sub-structures such as piers and columns. The damaged pier from an impact load of a vehicle or a vessel can lead to member damages, which make the member more vulnerable to impact load due to other accidents which. In extreme case, may cause structural collapse. Therefore, in this study, the vehicle impact load on concrete compression member was considered to assess the quantitative design resistance capacity to improve, the existing design method and to setup the new damage assessment method. The case study was carried out using the LS-DYNA, an explicit finite element analysis program. The parameters for the case study were cross-section variation of pier, impact load angle, permanent axial load and axial load ratio, concrete strength, longitudinal and lateral rebar ratios, and slenderness ratio. Using the analysis results, the performance based resistance capacity evaluation method for impact load using satisfaction curve was developed using Bayesian probabilistic method, which can be applied to reinforced concrete column design for impact loads.
Developed from conventional concrete filled steel tubular (CFST) members, concrete-encased CFST has attracted growing attention in building and bridge practices. In actual construction, the inner CFST is erected prior to the casting of the outer reinforced concrete part to support the construction preload, after which the whole composite member is under sustained service load. The complex loading sequence leads to highly nonlinear material interaction and consequently complicated structural performance. This paper studies the full-range behaviour of concrete-encased CFST columns with initial preload on inner CFST followed by sustained service load over the whole composite section. Validated against the reported data obtained from specifically designed tests, a finite element analysis model is developed to investigate the detailed structural behaviour in terms of ultimate strength, load distribution, material interaction and strain development. Parametric analysis is then carried out to evaluate the impact of significant factors on the structural behaviour of the composite columns. Finally, a simplified design method for estimating the sectional capacity of concrete-encased CFST is proposed, with the combined influences of construction preload and sustained service load being taken into account. The feasibility of the developed method is validated against both the test data and the simulation results.
The skid proof pavement is used for safety driving on curved bridges and high level roads. This study analyzed the effect of skid proof pavement on the bridge using actual spot test and computer analysis. In the actual spot test, the natural frequency and dynamic deflection of steel box girder bridges were measured before and after skid proof pavement. Likewise, in the computer analysis, the dynamic response of the finite element model was evaluated. The model was based on real steel box girder bridge according to the skid proof pavement. The analyzed results provide basic data on the effect of skid proof pavement on road structure.
The authors performed the underwater explosion analysis for the liquified oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, the authors reviewed the theory and application of underwater explosion analysis, using a Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, the authors modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements, and the interface between the two regions as the ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. Upon analysis, it was found that the shock pressure due to explosion propagated into the water region, and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress were apparent at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for the design criteria.
Cogging torque has a negative impact on the operation of permanent magnet machines by increasing torque ripple, speed ripple, acoustic noise and vibration. In this paper Magnet Shifting Method has been used as a tool to reduce the cogging torque in inset Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor (LSPMSM). It has been shown that Magnet Shifting Method can effectively eliminate several lower-order harmonics of cogging torque. In order to implement the method, first the expression of cogging torque is studied based on the Fourier analysis. An analytical expression is then introduced based on Permanent Magnet Shifting to reduce cogging torque of LSPMS motors. The method is applied to some existing machine designs and their performances are obtained using Finite Element Analysis (FEA). The effect of magnet shifting on pole mmf (magneto motive force) distribution in air gap is discussed. The side effects of magnet shifting on back-EMF, core losses and torque profile distortion are taken into account in this investigation. Finally the experimental results on two prototypes 24 slot 4 pole inset LSPMS motors have been used to validate the theoretical analysis.
Typical floor systems in contemporary tall buildings consist of reinforced concrete or composite metal deck over framing members and account for a majority of the structural weight of the building. The use of high-density materials, such as reinforced concrete and steel, increases the weight of floor systems, reducing the system's overall efficiency. With the introduction of high-performance materials, mainly mass timber products, and fiber-reinforced composites, in the construction industry, designers and engineers have multiple options to choose from when selecting structural materials. This paper discusses the application of mass timber and carbon fiber composites as structural materials in floor systems of tall buildings. The research focused on a comparative analysis of the structural system efficiency for five different design options for tall building floor systems. Finite Element Analysis (FEA) method was adopted to develop a simulation framework, and parametric structural models were simulated to evaluate the structural performance under specific loading conditions. Simulation results revealed the advantages of lightweight structural materials to improve system efficiency and reduce material consumption. The impact of mechanical properties of materials, loading conditions, and issues related to fire engineering and construction were briefly discussed, and future research topics were identified in conclusion.
Kim, Hyun-gi;Choi, Hyun Kyung;Kim, Sungchan;Park, Hyung Bae;An, Su Hong;Kim, Young Shin
Journal of Aerospace System Engineering
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제16권4호
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pp.88-94
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2022
The vibration mode measurement test measures the natural vibration characteristics of the target specimen. The measured natural mode characteristics are compared with the numerical analysis result to verify the reliability of the numerical analysis. If necessary, it is used to supplement the numerical analysis model of the specimen used for the dynamic characteristic analysis. In this paper, the natural frequency and natural mode of the external fuel tank are respectively obtained through the vibration mode measurement test and the numerical analysis, using the finite element model. The results are compared to verify the reliability of the numerical analysis model of the external fuel tank to apply to the entire aircraft model. To measure the vibration mode of the test specimen, a bungee cord was used, to simulate the free boundary condition for the test specimen. And, 3-axis accelerometers were installed on the test specimen. The response characteristics of the test specimen were measured, by excitation with an impact hammer. As a result of the test, after performing the frequency response analysis on the response acceleration, the natural frequency of the test specimen and its vibration mode were confirmed. The reliability of the numerical analysis model was verified by comparing the frequency and vibration mode, obtained through the test and the numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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