The proportion of the welding in the production process of machinery, buildings and marine structures is increasing and the joining are mainly conducted by butt and fillet weld. In the case of fillet weld, the shape of structures is complicated depending on the constraint on the geometry of the structures, therefore, the full penetration is mostly difficult. Accordingly, it is necessary to establish safe and economical criteria of design of the structures through the strength based on the penetration state of the fillet weld. Patterns of fatigue failure in cruciform fillet weld jont appear in the form of the root, toe and mixed failure. In the case of toe and mixed failure, the fatigue strength is higher than root failure. Therefore, we have to make the enough depth of penetration or perform the welding work through improving the fatigue strength of cruciform joints in welded structures. So it is necessary to optimize the penetrated depth in the range of the possible mixed failure and find the way in the cost-effective design to lessen the amount of the welding work.
Kim et al. described and compared other methods of measuring stress triaxiality using the displacements near the side necking, proved the validities of these models and explored the effect of location where the displacements are measured using three-dimensional finite element analysis for a standard CT specimen with 20% side-grooves. In this paper, the applicability of these models to various specimen and materials are examined in detail. To consider the effects of side groove, thickness of specimen, crack length, specimen geometry and strain hardening exponents, three-dimensional finite element simulation has been performed for various specimen geometries. For a case without a side groove, in the whole the difference between the stress triaxilaity analytically evaluated and directly determined is similar. For a case with a 20% side groove the stress triaxiality is measured at the area where ${\theta}$ is smaller than $60^{\circ}$, which excludes a side grooved area.
Son Joon-Sik;Kim In-Ju;Kim Ill-Soo;Jang Kyeung-Cheun;Lee Dong-Gil
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2005.05a
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pp.66-70
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2005
The full automation of welding has not yet been achieved partly because the mathematical model for the process parameters of a given welding task is not fully understood and quantified. Several mathematical models to control welding quality, productivity, microstructure and weld properties in arc welding processes have been studied. However, it is not an easy task to apply them to the various practical situations because the relationship between the process parameters and the bead geometry is non-linear and also they are usually dependent on the specific experimental results. Practically, it is difficult, but important to know how to establish a mathematical model that can predict the result of the actual welding process and how to select the optimum welding condition under a certain constraint. In this paper, an attempt has been made to develop an neural network model to predict the weld top-bead height as a function of key process parameters in the welding. and to compare the developed model and a simple neural network model using two different training algorithms in order to select an optimal neural network model.
A point-wise car-like robot moving in the plane changes its direction with a constraint on turning curvature. In this paper, we consider the problem of computing a shortest path of bounded curvature between a prescribed initial configuration (position and orientation) and a polygonal goal, and propose a new geometric proof showing that the shortest path is either of type CC or CS (or their substring), where C specifies a non-degenerate circular arc and S specifies a non-degenerate straight line segment. Based on the geometric property of the shortest path, the shortest path from a configuration to a polygonal goal can be computed in linear time.
Park, Yeong-Seon;Im, Jae-Mun;Yang, Cheol-Ho;Park, Gyeong-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.12
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pp.3804-3821
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1996
The configuration optimization is a structural optimization method which includes the coordinates of a structure as well as the sectional properties in the design variable set. Effective reduction of the weight of discrete structures can be obrained by changing the geometry while satisfying stress, Ei;er bickling, displacement, and frequency constraints, etc. However, the nonlinearity due to the configuration variables may cause the difficulties of the convergence and expensive computational cost. An efficient approximation method for the configuration optimization has been developed to overcome the difficulties. The method approximates the constraint functions based onthe second-order Taylor series expansion with reciprocal design variables. The Hessian matrix is approzimated from the information on previous design points. The developed algotithms are coded and the examples are solved.
In global competition manufacturing companies have to produce modern, new constructions from advanced materials in order to increase competitiveness. The aim of my research was to develop a new composite cellular plate structure, which can be primarily used for structural elements of road, rail, water and air transport vehicles (e.g. vehicle bodies, ship floors). The new structure is novel and innovative, because all materials of the components of the newly developed structure are composites (laminated Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) deck plates with pultruded Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) stiffeners), furthermore combines the characteristics of sandwich and cellular plate structures. The material of the structure is much more advantageous than traditional steel materials, due mainly to its low density, resulting in weight savings, causing lower fuel consumption and less environmental damage. In the study the optimal construction of a given geometry of a structural element of a road truck trailer body was defined by single- and multi-objective optimization (minimal cost and weight). During the single-objective optimization the Flexible Tolerance Optimization method, while during the multi-objective optimization the Particle Swarm Optimization method were used. Seven design constraints were considered: maximum deflection of the structure, buckling of the composite plates, buckling of the stiffeners, stress in the composite plates, stress in the stiffeners, eigenfrequency of the structure, size constraint for design variables. It was confirmed that the developed structure can be used principally as structural elements of transport vehicles and unit load devices (containers) and can be applied also in building construction.
The aim of this work is a numerical comparison (FEM) between lattice pyramidal-core panel and honeycomb core panel for different core thicknesses. By evaluating the mid-span deflection, the shear rigidity and the shear modulus for both core types and different core thicknesses, it is possible to define which core type has got the best mechanical behaviour for each thickness and the evolution of that behaviour as far as the thickness increases. Since a specific base geometry has been used for the lattice pyramidal core, the comparison gives us the opportunity to investigate the unit cell strut angle giving the higher mechanical properties. The presented work considers a detailed FEM modelling of a standard 3-point bending test (ASTM C393/C393M Standard Practice). Detailed FEM modelling addresses to detailed discretization of cores by means of beam elements for lattice core and shell elements for honeycomb core. Facings, instead, have been modelled by using shell elements for both sandwich panels. On lattice core structure, elements of core and facings are directly connected, to better simulate the additive manufacturing process. Otherwise, an MPC-based constraint between facings and core has been used for honeycomb core structure. Both sandwich panels are entirely built of Aluminium alloy. Prior to compare the two models, the FEM sandwich panel model with lattice pyramidal core needs to be validated with 3-point bending test experimental results, in order to ensure a good reliability of the FEM approach and of the comparison. Furthermore, the analytical validation has been performed according to Allen's theory. The FEM analysis is linear static with an increasing midspan load ranging from 50N up to 500N.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.305-311
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2012
For the optimization of the fundamental natural frequency of stiffened cylindrical shells, simulations were performed for cylindrical shells that were stiffened with between one and five ring stiffeners. ANSYS 11.0 was used to simulate the optimization for the natural frequency. The Subproblem Approximation Method was applied as the optimization method. The design function of the optimization was the geometry of the T-shaped ring stiffener, and the constraint function was the maximum additional volume, constrained to a 10% increase. The objective function of the optimization was chosen to maximize the fundamental natural frequency. The performance index for optimal design was defined as the ratio of the natural frequency to the volume of the unstiffened and stiffened shells. The optimal performance index was obtained for the shell stiffened with three rings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.591-599
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1994
A design system for power transmission bevel gears(straight, zerol, and spiral) is developed, in which the strength and durability of bevel gears can be estimated and the size of bevel gears can be minimized by introducing optimal techniques. The size of bevel gear pair as the object function to be minimized is the volume of equivalent spur gear pair at mean normal section, and the design variables to be determined are considered as the number of teeth, face width, diametral pitch, and spiral angle in spiral bevel gear. The strength(bending strength, pitting resistance) according to the AGMA standards, geometrical quantities, and operating characteristics(interference of pinion, contact ratio, etc.) are considered as the constraints in design optimization. The optimization with these constraints becomes nonlinear problem and that is solved with ALM(Augmented Lagrange Multiplier) method. The developed design method is applied to the example designs of straight, zerol, and spiral bevel gears. The design results are acceptable from the viewpoint of strength and durability within the design ranges of all other constraint, and the bevel gears are designed toward minimizing the size of gear pair. This design method is easily applicable to the design of bevel gears used as power transmitting devices in machineries, and is expected to be used for weight minimization of bevel gear unit.
Advanced analysis and optimal design of semi-rigid space steel frames were presented. The advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. Material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and the parabolic function. The direct search method proposed by Choi and Kim was used as optimization technique. One by one, the member with the largest unit value evaluated using the LRFD interaction equation were placed adjacent to a larger member selected from the database. The objective function was assumed to be the weight of steel frame, while the constraint functions were load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts, and the ductility requirements. The member sizes determined using the proposed method were compared to those derived from the conventional LRFD method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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