Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.2
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pp.14-21
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2019
In recent years, the use of composite structures has become commonplace in various fields such as aerospace, architecture, and civil engineering. In this study, A method is proposed to find optimal position of bolt hole for fastening of composite structure. In the case of composites, stress distribution is very complicated, and design optimization based on this phenomenon increases difficulty. In selecting the optimum position of the bolt hole, the response surface method(rsm), which is a method of optimization, was applied. A response surface was created based on design points by multiple finite element analyzes. The position of the bolt hole that minimizes the stress when bolting on the response surface was found. The distribution of the stress at the position of the optimal hole was much lower than that of the initial design. Based on the results of this study, it is possible to increase the design safety factor of the structure by appropriately selecting the position of the bolt hole according to various load types when designing the structure and civil structure.
The piercing process of creating holes in sheet metals for mechanical fastening generates high shear force. Real-time monitoring technology could predict tool damage and product defects due to this severe condition, but there are few applications for piercing high-strength aluminum. In this study, we analyzed the load signal to predict the punch's wear level during the process with a piezoelectric sensor installed piercing tool. Experiments were conducted on Al6061 T6 with a thickness of 3.0 mm using piercing punches whose edge angle was controlled by reflecting the wear level. The piercing load increases proportionally with the level of tool wear. For example, the maximum piercing load of the wear-shaped punch with the tip angle controlled at 6 degrees increased by 14% compared to the normal-shaped punch under the typical clearance of 6.7% of the aluminum piercing tool. In addition, the tool wear level increased compression during the down-stroke, which is caused by lateral force due to the decrease in the diameter of pierced holes. Our study showed the predictability of the wear level of punches through the recognition of changes in characteristic elements of the load signal during the piercing process.
This paper presents the design improvements made for the crack which is in the mounting structure of the mechanical structure of rotary wing aircraft. The doubler added to the mounting structure of rotary wing aircraft was designed and manufactured based on the load at the development stage, and a crack was found in the surface of doubler at a certain point during the operation of the aircraft. To identify the cause of the crack, the initial deformation of the structure, which may occur as a result of fastening condition, was considered and the dynamic analysis of the natural frequency of the structure comparing to the blade passing frequency of the aircraft were additionally reviewed. As a result of this study, a shim was added to remove the physical gap of the fastening area, and a doubler with thickened reinforcement was installed. The increase of structural strength is shown by reviewing the results of dynamic analysis for the structural verification of the improved design, and the fatigue evaluation complied to the requirement of the aircraft lifetime.
Mechanical behavior in metal bipolar plate of a fuel cell stack was studied using finite element analysis. The fuel stack is essentially composed of a metal bipolar plate (metal BP), a gasket, an end plate, a membrane electrolyte assembly (MEA), and a gas diffusion layer (GDL). It is important to maintain a suitable fastening force of Metal BP, because it influences the power efficiency of the fuel cell stack. After a gasket and a GDL are placed on the metal BP, the reaction force with the displacement is measured. The channel of metal bipolar plate is replaced by a simple geometrical plate. The results of FEM are similar to those of experiment. Therefore mechanical behavior in metal BP of a fuel cell stack can be estimated by using FEM.
Lee, Man Suk;Kim, Taek Young;Kang, Se Hyung;Kim, Ho Kyung
Journal of the Korean Society of Safety
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v.29
no.4
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pp.9-14
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2014
Self-piercing riveting(SPR) is a mechanical fastening technique which is put pressure on the rivet for joining the sheets. Unlike a spot welding, SPR joining does not make the harmful gas and $CO_2$ and needs less energy consumption. In this study, static and fatigue tests were conducted using tensile-shear specimens with Al-5052 plates for evaluation of fatigue strength of the SPR joints. During SPR joining process for the specimen, using the current sheet thickness and a rivet, the optimal applied punching force was found to be 21 kN. And, the maximum static strength of the specimen produced at the optimal punching force was 3430 N. During the fatigue tests for the specimens, interface failure mode occurred on the top substrate close to the rivet head in the most high-loading range region, but on the bottom substrate close to the rivet tail in the low -loading range region. There was a relationship between applied load amplitude $P_{amp}$ and lifetime of cycle N for the tensile-shear, $P_{amp}=3395.5{\times}N^{-0.078}$. Using the stress-strain curve of the Al-5052 from tensile test, the simulations for fatigue specimens have been carried out using the implicit finite element code ABAQUS. The relation between von-Mises equivalent stress amplitude and number of cycles was found to be ${\sigma}_{eq}=514.7{\times}N^{-0.033}$.
Clegg, Harry M.;Dell'Anno, Giuseppe;Partridge, Ivana K.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.2
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pp.145-156
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2019
As the industrial desire for a step change in productivity within the manufacture of composite structures increases, so does the interest in Through-Thickness Reinforcement technologies. As manufacturers look to increase the production rate, whilst reducing cost, Through-Thickness Reinforcement technologies represent valid methods to reinforce structural joints, as well as providing a potential alternative to mechanical fastening and bolting. The use of tufting promises to resolve the typically low delamination resistance, which is necessary when it comes to creating intersections within complex composite structures. Emerging methods include the use of 3D woven connectors, and orthogonally intersecting fibre packs, with the components secured by the selective insertion of microfasteners in the form of tufts. Intersections of this type are prevalent in aeronautical applications, as a typical connection to be found in aircraft wing structures, and their intersections with the composite skin and other structural elements. The common practice is to create back-to-back composite "L's", or to utilise a machined metallic connector, mechanically fastened to the remainder of the structure. 3D woven connectors and selective Through-Thickness Reinforcement promise to increase the ultimate load that the structure can bear, whilst reducing manufacturing complexity, increasing the load carrying capability and facilitating the automated production of parts of the composite structure. This paper provides an overview of the currently available methods for creating intersections within composite structures and compares them to alternatives involving the use of 3D woven connectors, and the application of selective Through-Thickness Reinforcement for enhanced damage tolerance. The use of tufts is investigated, and their effect on the load carrying ability of the structure is examined. The results of mechanical tests are presented for each of the methods described, and their failure characteristics examined.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.6
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pp.24-30
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2018
Dental implants are currently widely used as artificial teeth due to their good chewing performance and long life cycle. A dental implant consists of an abutment as the upper part and a fixture as the lower part. When chewing forces are repeatedly applied to a dental implant, gap at the interface surface between the abutment and the fixture is often occurred, and results in some deteriorations such as loosening of fastening screw, dental retraction and fixture fracture. To cope with such problems, a sealing-type abutment having a number of grooves along the conical-surface circumference was previously developed, and shows better sealing performance than the conventional one. This study carries out optimization of the groove shape by genetic algorithm(GA) as well as structural analysis in consideration of external chewing force and pretension between the abutment and the fixture. The overall optimization system consists of two subsystems; the one is the genetic algorithm with MATLAB, and the other is the structural analysis with ANSYS. Two subsystems transmit and receive the relevant data with each other throughout the optimization processes. The optimization result is then compared with that of the conventional one with respect to the contact pressure and the maximum stress. The result shows that the optimized model gives better sealing performance than the conventional sealing abutment.
Long Fiber-reinforced composites have advantages of excellent production efficiency and formability of complex shapes compared to conventional continuous fiber reinforced composite materials. However, if we need to make complicated composite shapes or to assemble parts made of different materials, a variety of joining methods are needed. In general, long fiber prepreg sheet (LFPS) contains mold release agent to facilitate demolding after thermoforming. Therefore, mechanical fastening is required in addition to the adhesive bonding to get proper joining strength. In this study, we proposed a stainless steel insert for co-cure bonding which cures LFPS and bonds the stainless steel insert through thermoforming process. The wing of the insert which is spread during the thermoforming process induces adhesion and mechanical wedging effect and serves as a hook to resist the pulling force. The burn-out method was used to confirm the unfolded state of the stainless steel insert wings inserted into the composite material. The static pull-out test was performed to quantitatively evaluate the joining strength. From these experimental results, the condition which guarantees the most appropriate joining strength was derived.
Lim, Gu;Kim, Yong Seok;Le, QuangHoan;Jeang, Young Man;Oh, Dong Kwan;Oh, Ji Woo;Yea, Chan Ho;Yang, Soon Yong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1109-1116
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2014
The wheelchair mechanism for a car that is proposed in this study primarily consists of a transfer mechanism and storage mechanism. The wheelchair transfer mechanism consists of a manipulator installed in the roof of a car, and performs the function of transferring the wheelchair from the driver's seat to the trunk. The wheelchair storage mechanism consists of a lifting hoist installed in the trunk of car, and performs the function of storing the transferred wheelchair in the trunk and safely fastening it in place. This study analyzed and reviewed various manipulators, including a vertical type, Scara type, and telescopic type, with the goal of selecting the best type of manipulator for the wheelchair transfer mechanism. The telescopic type was selected and applied because of its good load support and storage capabilities. In addition, with regard to the wheelchair storage mechanism, a slide hoist type that used a slide rail and lift wire and a rotating link hoist type that used a rotating mechanism consisting of a worm gear and link were analyzed and reviewed. The slide hoist type was selected and applied because it had an advantage in relation to trunk space utilization. This study proposed a wheelchair transfer mechanism for a car to support a conventional wheelchair user's movements, and in order to conform to the structure of a domestic welfare car for the disabled.
Park, Jin-Young;Kim, Young-Choon;Oh, Jong-Seok;Jeon, Jae-Hoon;Jeong, Jun-Hong
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.5
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pp.77-83
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2020
4WD technology is being actively applied to passenger cars. Therefore, dry multi-plate clutches are used for transfer cases. On the other hand, dry clutches have problems related to large vibrations and poor ride quality. To solve this problem, this paper proposes a multi-plate clutch with an MR fluid. When fastening the multi-plate clutch in the transfer case, the proposed MR clutch was applied to reduce the shock and friction, which is a key component in a four-wheel-drive system. MR multi-plate clutch has a fluid coupling mode and a compression mode. A torque model equation was derived for the optimal design. The analysis was performed using Ansys Maxwell to optimize the design parameters of the multi-plate clutch. Electromagnetic field analysis confirmed the strength of the magnetic field when the number of disks and plates were changed, and the maximum strength of the magnetic field was 0.45 Tesla. By applying this to the torque equation, the spacing between the plates was 2 mm, and the inner and outer diameters of the plates were selected to be 45 mm and 55 mm, respectively. Overall, this paper proposes an optimal design technique to maximize the performance of an MR multi-plate clutch.
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