금속재료의 탄소성파괴인성치 측정을 위해서 ASTM E399 시험법에 따라 단순 인장 시험편을 사용하여 유한요소해석을 하였으며 여기에서 얻어진 하중-균열개구변위 곡선을 이용하여 균열개시점을 찾고 이 점에서의 파괴인성치 $J_{IC}$를 구하였다. 탄소성 파괴인성치 J 값은 J 적분법 및 M. K. Tseng등에 의해서 제안된 계산식을 이용하여 구하였다. 해석된 값의 검증을 위해서 고강도 저합금강인 AISI 4130 재료를 이용한 기존 실험값과 비교하였으며 그 결과는 잘 일치함을 알 수 있다.
The usage of sandwich structure is extensively increasing in lightweight protective structures due to its low density and other useful properties. Sandwich panels made of metal sheets with unfilled cellular cores are found to exhibit lower deflections by comparing to an equivalent monolithic plate of same metal and similar mass per unit density. However, the process of localized impact on solid structures involving plastic deformation, high strain rates, temperature effect, material erosion, etc. does not hold effectively as that of monolithic plate. In present work, the applications of the sandwich plate with corrugated core have been extended to develop optimized lightweight armour using foam as medium of its core by explicit finite element analysis (FEA). The mechanisms of hardened steel projectile penetration of aluminum corrugated sandwich panels filled with foams have been numerically investigated by finite element analysis (FEA). A comparative study is done for the triangular corrugated sandwich plate filled with polymeric foam and metallic foam with different densities in order to achieve the optimum penetration resistance to ballistic impact. Corrugated sandwich plates filled with metallic foams are found to be superior when compared to the polymeric one. The optimized results are then compared with that of equivalent solid and unfilled cores structure to observe the effectiveness of foam-filled corrugated sandwich plate which provides an effective resistance to ballistic response. The novel structure can be the alternative to solid aluminum plate in the applications of light weight protection system.
A theoretical investigation for optimization of conduction-cooled Peltier current leads is undertaken. A Pottier current lead (PCL) is composed of a thermoelectric element (TE), a metallic lead and a high Tc superconductor (HTS) lead in the order of decreasing thermoelectric tempera ture. Mathematical expression for the minimum heat flow per unit current crossing the TE metal interface and that flowing from the metal lead to the joint of the metal and the HTS leads are obtained. It is shown that the temperature at the TE-metal interface possesses a unique optimal value that minimizes the heat flow to the joint and that this optimal value depends on the material properties of the 73 and the metallic lead but not the joint temperature nor electric current. It is also shown that there exists a unique optimal value for the joint temperature between the metal and the HTS leads that minimizes the sum of the power dissipated by ohmic heating in current leads and the refrigerator power consumed to cool the lead, for a given length of the HTS.
An 80MHz surface acoustic wave (SAW)-based gyroscope utilizing a progressive wave was developed on a piezoelectric substrate. The developed sensor consists of two SAW oscillators in which one is used for sensing element and has metallic dots in the cavity between input and output IDTs. The other is used for a reference element. Coupling of mode (COM) modeling was conducted to determine the optimal device parameters prior to fabrication. According to the simulation results, the device was fabricated and then measured on a rate table. When the device was subjected to an angular rotation, oscillation frequency differences between the two oscillators were observed because of the Coriolis force acting on the metallic dots. Depending on the angular rate, the difference of the oscillation frequency was modulated. The obtained sensitivity was approximately 52.35 Hz/deg.s within the angular rate range of 0~1000 deg/s. The performances of devices with three IDT structures for two kinds of piezoelectric substrates were characterized. Good thermal stability was also observed during the evaluation process.
Based on the composite finite element simulation and a series of hydrostatic pressure and burst tests, autofrettage effects on strength and deformation of fiber reinforced pressure vessel with metallic liners have been studied in the paper (autofrettage: during the course of one pressure taking effect, the increasing internal stress in metallic liner can surpass the yielding point and the plastic deformation will happen, which result in that when there is no internal pressure, there are press stress in liner while tensile stress in fiber lamination). By making use of a composite finite element Ansys code and a series of experiments, the autofrettage pressure is determined in order to make the aluminium liner be totally in elastic state, under given hydrostatic test pressure. The stress intensity factors of the longitudinal crack in aluminum liner end under internal pressure and thermal loads have been computed and analyzed before and after the autofrettage processing. Through numerical calculation and experiment investigations, it is found that a correct choice for autofrettage pressure can improve the gas-tightness and fatigue strength of FRP vessel.
Moon, Seongin;Han, Seongjin;Kang, To;Han, Soonwoo;Kim, Kyungmo;Yu, Yongkyun;Eom, Joseph
Nuclear Engineering and Technology
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제53권4호
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pp.1199-1209
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2021
The detection of unexpected loose parts in the primary coolant system in a nuclear power plant remains an extremely important issue. It is essential to develop a methodology for the localization and mass estimation of loose parts owing to the high prediction error of conventional methods. An effective approach is presented for the localization and mass estimation of a loose part using machine-learning and deep-learning algorithms. First, a methodology was developed to estimate both the impact location and the mass of a loose part at the same times in a real structure in which geometric changes exist. Second, an impact database was constructed through a series of impact finite-element analyses (FEAs). Then, impact parameter prediction modes were generated for localization and mass estimation of a simulated metallic loose part using machine-learning algorithms (artificial neural network, Gaussian process, and support vector machine) and a deep-learning algorithm (convolutional neural network). The usefulness of the methodology was validated through blind tests, and the noise effect of the training data was also investigated. The high performance obtained in this study shows that the proposed methodology using an FEA-based database and deep learning is useful for localization and mass estimation of loose parts on site.
Metallic dampers are sacrificial devices (fuses) that dissipate significant energy during earthquakes while protecting other parts of structures from possible damage. In addition to numerous implementation opportunities of other base isolation systems, U-shaped dampers (UD) are one of the widely investigated and used devices in practice especially in Japan. The present study focuses on enhancing seismic performance of these types of dampers by changing their geometric properties. UDs with perforated (i.e. with holes) and/or nonparallel arms are developed for this purpose. For a better comparison, the criterion of equal material volume (or mass) has been utilized. Three dimensional finite element models of the new type of UDs are formed and investigated numerically under selected displacement histories. Based on the obtained hysteretic curves; dissipated energy intensities, effective stiffness ratios, reaction forces, effective damping ratios are evaluated in this parametric study. It is found that both damper types have merits in use of seismic applications and that the selection of the damper configuration is dependent on the design specific issues.
레이저 샥 피닝(LSP)은 금속재료 표면처리를 위한 획기적인 기술로서 금속 부품의 피로성능 개선을 위해 최근에 널리 적용되고 있다. 널리 알려진 바와 같이 금속재료의 피로 균열은 재료의 응력 상태가 인장(Tension)하에서만 발생되고, 압축(Compression)상태에서는 발생하지 않는다. 따라서 피로수명 개선을 위해 전통적인 샷 피닝(SP)과 함께 다양한 분야에 응용되고 있으며, 특히 LSP 는 금속재료의 표면과 깊이방향에 대해 높은 압축잔류응력을 생성시켜 준다. 본 논문에서는 유한요소 해석기법을 이용하여 LSP 에 의해 발생되는 압축잔류응력 생성과정을 모사하고, 압축잔류응력에 영향을 미치는 다양한 변수에 대해 민감도 해석을 수행하였다.
This study was investigated with sample digestion techniques and a reliability of the analytical results for a quantitative analysis of a standard reference material ('urban particulate matter', SRM 1648). The metallic elements were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) with closed vessel microwave acid digestion method and atomic absorption spectroscopy (AAS). Quality control of the overall analytical procedures for metallic element determinations of standard reference material were estimated by analysis of a SRM 1648. Three digestion solutions $(type\;1:\;HNO_3,\;type\;2:\;HNO_3\;and\;H2O_2(4'1)\;mixture,\;type\;3:5.55\%\; HNO_3\;and\;16.75\%\;HCI\;mixture)$ were applied to SRM 1648. As a result, three digestion solutions used in this study are completely unable to digest Cr of SRM 1648. Reliability of Cr and As showed some errors in the digestion with digestion solution type (3) due to the influence of chlorides. Type (3) digestion solutions are sufficient to fulfill the digestion of As as well as Se in SRM 1648. ICP-MS results showed the improvement in accurate and precise determination of some trace elements like Cd, V and Pb in SRM 1648. It is important to use the proper digestion solution for each element to qualify analytical precision.
This paper provides a reference to determine the seal performance of metallic O-rings for a reactor pressure vessel (RPV). A nonlinear elastic-plastic model of an O-ring was constructed by the finite element method to analyze its intrinsic properties. It is also validated by experiments on scaled samples. The effects of the compression ratio, the geometrical parameters of the O-ring, and the structure parameters of the groove on the flange are discussed in detail. The results showed that the numerical analysis of the O-ring agrees well with the experimental data, the compression ratio has an important role in the distribution and magnitude of contact stress, and a suitable gap between the sidewall and groove can improve the sealing capability of the O-ring. After the optimization of the sealing structure, some key parameters of the O-ring (i.e., compression ratio, cross-section diameter, wall thickness, sidewall gap) have been recommended for application in megakilowatt class nuclear power plants. Furthermore, air tightness and thermal cycling tests were performed to verify the rationality of the finite element method and to reliably evaluate the sealing performance of a RPV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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