As modern industries are highly being developed, it is required that mechanical parts have to be manufactured with a high precision. In order to have precise parts, error-free designs have to be done before manufacturing with accuracy. For this intention being fulfilled, a mechanical analysis is essential for design proof. Nowadays, FEM simulation is a popular tool for verifying a machine design. In this paper, an impeller, being utilized in a compressor or an oil mixer as an actuator, is studied for an evaluation. The purpose of this study is to present a safety of an impeller for a proof of its mechanical stability. A static analysis for stress, strain, and deformation within a regular usage is examined. This simulation test shows 357.26×106 Pa for maximum equivalent stress and 0.207mm for total deformation. A fatigue test is carried to provide durability and its result shows that minimum safety factor is 3.2889, which guarantees that it runs without a fatigue failure in 106 cycles. The natural frequencies for the impeller is ranged from 228.09Hz to 1,253.6Hz for the 1st to the 6th mode. Total deformations at these natural frequencies are shown from 6.84mm to 12.631mm. Furthermore, Campbell diagram reveals that a critical speed is not found throughout regular rotational speeds. From the test results for the analysis, this paper concludes that the suggested impeller is proved for its mechanical safety and good to utilize at industries.
The air blowers for fuel cell electric vehicle usually have big difference between inlet and outlet pressure. When the casing of the air blowers is designed, the stress analysis is required. (Approximately Inlet pressure is 0.5bar and outlet pressure is 2bar.) Gap distance between the casing and the impeller is 0.3mm. Therefore, if the amount of maximum deformation of casing is larger than 0.3mm, impeller crashed the casing. In order to avoid crashing, both the thickness and number of rims are changed and carried out simulations on each cases.
본 연구에서는 유한요소해석을 통해 대면적 표면처리가 가능한 경량 광폭 임펠러를 설계하였으며 구조적 안정성을 확인하였다. 먼저 위상최적화를 통해 경량 브라켓 해석모델을 수립하였으며, 구조해석을 통해 최적의 모델을 선정하였다. 3차원 경량 광폭 임펠러의 굽힘변형 해석을 수행하였으며 허용변형량 범위에 포함되었다. 또한 진동해석을 수행하여 1차 모드 고유진동수를 얻었으며 위험속도식에 대입하여 안전 운전속도(RPM) 기준을 제시하였다. 궁극적으로 본 연구의 해석적 기법이 경량 광폭 임펠러 설계에 유효함을 확인하였다.
본 연구에서는 날개 두께 분포가 다른 두 임펠러를 이용하여 유체-구조 연성해석을 통해 운전익단간극을 예측하고 임펠러의 변형이 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 임펠러는 작동조건에서 작용하는 원심력, 압력, 열 하중의 영향으로 변형이 발생하게 된다. 이로 인해 초기 설계된 익단간극이 비균일하게 변화하는 것을 확인하였다. 특히 임펠러 날개의 선단과 후단에서 가장 큰 익단간극 감소가 발생하였으며, 이로인해 간극누설유동이 19.4% 감소하였다. 또한 운전조건에서 익단간극 감소로 간극누설 유량이 감소하면서 효율은 0.72% 증가하는 것을 확인하였다. 원심압축기 작동조건에서의 정확한 운전익단간극의 예측과 익단간극의 변화가 성능에 미치는 영향에 대해서 확인하였다.
This study focuses on fabricating silver flake powder by a mechanical milling process and investigating the formation of flake-shaped particles during milling. The silver flake powder is fabricated by varying the mechanical milling parameters such as the amount of powder, ball size, impeller rotation speed, and milling time of the attrition ballmill. The particle size of the silver flake powder decreases with increasing amount of powder; however, it increases with increasing impeller rotation speed. The change in the particle size of the silver flake powder is analyzed based on elastic collision between the balls, taking energy loss of the balls due to the powder into consideration. The change in the particle size of the silver flake powder with mechanical milling parameters is consistent with the change in the diameter of the elastic deformation contact area of the ball, due to the collision between the balls, with milling parameters. The flake-shaped silver particles are formed at the elastic deformation contact area of the ball due to the collision.
This study is focused on investigating the relation between the particle size of silver flake powder and mechanical milling parameters. Mechanical milling parameters such as ball size, impeller rotation speed and milling time of the attrition ball-mill were controlled to produce silver flake powder. The particle size of the silver flake powder increased with increasing ball size and impeller rotation speed. The change of the particle size of the silver flake powder with mechanical milling parameters was analyzed based on balls motion in the mill container of the attrition ball-mill. The silver flake particles were formed at the elastic deformation area of the ball due to the collision between balls. The change of the particle size of the silver flake powder with mechanical milling parameters well consists with the change of the collision energy of ball with parameters mentioned above.
Pump-turbine system is widely used by the hydropower industry for stabilizing the electrical grid in the vast growing economy of most developed countries. This study only investigates the Fluid-structure Interaction (FSI) analysis of the pump-turbine system at various operating conditions. The FSI analysis can show how reliable each component of the system is by providing the engineer with a better understanding of high stress and deformation points, which could reduce the lifespan of the pump-turbine. Pump-turbine components are categorized in two parts, pressurized static parts and movable stressed parts. The fixed parts include the spiral casing, top and bottom cover, stay vane and draft tube. The movable parts include guide vanes and impeller blades. Fine hexahedral numerical grids were used for CFD calculation and fine tetrahedral grids were used for structural analysis with imported load solution mapping greater than 90 %. The maximum equivalent stress are much smaller than the material yield stress, and the maximum equivalent stress showed an increasing tendency with the varying of operating conditions from partial to excessive at both modes. In addition, the total deformation of all the operating conditions showed a small magnitude, which have quite small influence on the structural stability. It can be conjectured that this system can be safely implemented.
The present study conducts CFD analyses on the internal flow fields of roots type vacuum pumps of semiconductor fabrication facility, and the computed CFD results for internal pressure and temperature distributions are applied to structural analyses of the pumps. The coupled analysis results between flow and structure show that the deformation of pump structure is mainly resulted from the thermal expansion of gas in pump, and the deformed impeller and housing produce their severe contact and impact phenomena causing mechanical damage and fracture.
Mechanical alloying process of Al-8wt.% Ni powder was investigated for the various milling time in order to get the steady state powder. High temperature deformation behaviors of the sintered specimens were investigated by activation energy calculated after high temperature compression tests at the strain rates of 2.5$\times$10-3 s-1, 2.5$\times$10-2 s-1 and 2.5$\times$10-1 s-1 at the temperature range between $350^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. The steady state was obtained after 1000 minutes of milling with the PCA of 1.5 wt.% stearic acid under the condition of grinding media to powder weight ratio of 50 : 1 and impeller rotating speed of 300 rpm. True activation energy of Al-8wt.% Fe alloy was estimated to be 181 kJ/mole at the temperature range of 350~ $400^{\circ}C$ and 265 kJ/mole at the range of 400~$450^{\circ}C$.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제6권2호
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pp.87-93
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2013
In order to study the effect of the fluid-structure interaction (FSI) on the simulation results, the external characteristics and internal flow features of a diffuser pump were analyzed with a two-way flow solid coupling method. And the static and dynamic structure analysis of the blade was also caculated with the FEA method. The steady flow field is based on Reynolds Averaged N-S equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulent model, the unsteady flow field is based on the large eddy simulation, and the structure response is based on elastic transient structural dynamic equation. The results showed that the effect of FSI on the head prediction based on CFD really exists. At the same radius, the van mises stress on the nodes closed shroud and hub was larger than other nodes. A large deformation region existed near inlet side at the middle of blades. The strength of impeller satisfied the strength requirement with static stress analysis based on the fourth strength theory. The dynamic stress varied periodically with the impeller rotating. It was also found that the fundamental frequency of the dynamic stress is the rotating frequency and its harmonic frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 1626 was 7 times of the rotating frequency. The frequency of maximum stress amplitude at node 2328 was 14 times of the rotating frequency. No matter strength failure or fatigue failure, the root of blades near shroud is the key region to analyse.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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