In this paper, resonance durability analysis is performed for the fatigue life assessment considering vibration effect of a vehicle system. In the resonance durability analysis, the frequency response and the dynamic load on frequency domain are used. Multi-body dynamic analysis, finite element analysis, and fatigue life prediction method are applied for the virtual durability assessment. To obtain the frequency response and the dynamic load history, the computer simulations running over typical pothole and Belgian road are carried out by utilizing vehicle dynamic model. The durability estimations on the rear suspension system of the passenger car are performed by using the resonance durability analysis technique and compared with the quasi-static durability analysis. The study shows that the fatigue life considering resonant frequency of vehicle system can be effectively estimated in early design stage.
Due to the scarcity of extortionate experimental data, fatigue failure of the reinforced concrete (RC) element might be achieved economically adopting nonlinear finite element (FE) analysis as an alternative approach. However, conventional implicit dynamic analysis is expensive, quasi-static method overlooks interaction effects and inertia, direct cyclic analysis computes stabilized responses. Apart from this, explicit dynamic analysis may provide a numerical operating system for factual long-term responses. The study explores the fatigue behavior based on a simplified explicit dynamic solution employing nonlinear time domain analysis. Among fourteen RC beams, one beam is selected to validate under static loading, one under fatigue with the experimental study and other twelve to check the detail fatigue behavior. The SWOT (Strength, Weakness, Opportunities, Threats) analysis has been carried out to pinpoint the detail scenario in the adoption of numerical approach as an alternative to the experimental study. Excellent agreement of FE and experimental results is seen. The 3D nonlinear RC beam model at service fatigue limits is truthful to be used as an expedient contrivance to envisage the precise fatigue behavior. The simplified analysis approach for RC beam under fatigue offers savings in computation to predict responses providing acceptable accuracy rather than the complicated laboratory investigation. At higher frequency, the flexural failure occurs a bit earlier gradually compared to the repeated loading case of lower frequency. The deflection increases by 6%-10% at the end of first cycle for beams with increasing frequency of cyclic loading. However, at the end of fatigue loading, greater deflection occur earlier for higher load range because of more rapid stiffness degradation. For higher frequency, a slight boost in concrete compressive strains at an initial stage of loading has been seen indicating somewhat stepper increment. Stiffness degradation in larger loading cycle at same duration escalates the upsurge of the rate of strain in case of higher frequency.
Fatigue and wear in wheels is often due to the forces and loading. These certainly have fundamental effects on reducing the wheel life and increasing the costs related to repairing and maintenance. Modeling and stress analysis of a wheel sample existing in the Iranian fleet have been performed in its contact with U33 and UIC60 rails. The results have been reviewed and analyzed in elastic and elastic-plastic phase and under static (railcar weight) and quasi static loads. Moreover, effects of wheel diameter, axle load, wheel material, rail type are analyzed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.9
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pp.798-804
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2011
In this paper, optimal spot weld layout design for a shock tower structure is presented. This design increases the fatigue life of the spot-welds thereby increasing the fatigue life of the shock tower itself. In order to predict the fatigue life, a quasi-static analysis has been conducted then a fatigue analysis was performed through the application of random vibration loads. In order to optimize the spot weld layout, the design variables that have an effect on the spot weld fatigue life were determined. A spot weld fatigue analysis was then conducted based on the experiment design. Finally, a response surface model was made using the fatigue analysis results and an optimized spot weld layout model, one that increases the fatigue life of the spot welds and thereby the fatigue life of the shock tower, was developed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.166-171
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2001
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design for the application-based exclusive rolling element bearings, this study propose design methodologies by using a genetic-based combinatorial optimization. By the presence of discrete variables such as the number of rolling element (standard component) and by the engineering point of views, the design problem of the rolling element bearing can be characterized by the combinatorial optimization problem as a fully discrete optimization. A genetic algorithm is used to efficiently find a set of the optimum discrete design values from the pre-defined variable sets. To effectively deal with the design constraints and the multi-objective problem, a ranking penalty method is suggested for constructing a fitness function in the genetic-based combinatorial optimization. To evaluate the proposed design method, a robust performance analyzer of ball bearing based on quasi-static analysis is developed and the computer program is applied to some design problems, 1) maximize fatigue life, 2) maximize stiffness, 3) maximize fatigue life and stiffness, of a angular contact ball bearing. Optimum design results are demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study. It believed that the proposed methodologies can be effectively applied to other multi-objective discrete optimization problems.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.178-201
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2019
The appropriate design of a mooring system to maintain the position of an offshore structure in deep sea under various environmental loads is important. Fatigue design of the mooring line considering OPB/IPB(out-of-plane bending/in-plane bending) became an essential factor after the incident of premature fatigue failure of the mooring chain due to OPB/IPB in the Girassol region in West Africa. In this study, mooring line fatigue analysis was performed considering the OPB/IPB of a spread moored FPSO in deep sea. The tension of the mooring line was derived by hydrodynamic analysis using the de-coupled analysis method. The floater motion time histories were calculated under the assumption that the mooring line behaves in quasi-static manner. Additional time domain analysis was carried out by prescribing the obtained motions on top of the selected critical mooring line, which was determined based on spectral fatigue analysis. In addition, nonlinear finite element analysis was performed considering the material nonlinearities, and both the interlink stiffness and stress concentration factors were derived. The fatigue damage to the chain surface was estimated by combining both the hydrodynamic and stress analysis results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.4
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pp.179-185
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2008
The purpose of this paper is to propose a systematic method on the weld pitch design of a vehicle sub-frame considering the fatigue life of spot welding points. The input data, which perform the fatigue analysis on the spot welding nuggets, are obtained by both the dynamic analysis of the multi-body vehicle model passing through the virtual proving ground of a typical Belgian road and the quasi-static analysis with the finite element model of the vehicle sub-frame. By utilizing the life cycle data obtained from the fatigue analysis, the welding points to perform the pitch change are determined. The sensitivity analysis on the fatigue life of the welding points is carried out by using the three-level orthogonal array design, and through the results of the sensitivity analysis, the best combination on the welding pitch is determined. This study shows that as compared with the baseline design, the sub-frame redesigned by the proposed technique improves the fatigue life about 7 percent while reducing the number of welding points about 19 percent.
For a spread-moored FPSO (Floating Production, Storage, & Off-loading) subjected to environmental excitation from waves, current, and wind, a procedure to determine optimum length and stiffness of mooring lines is suggested using quasi-static frequency domain response analyses. Coupled relations between design parameters are closely examined. In consideration of this, optimized design parameters are proposed based on minimum weight condition. The initial design parameters for numerical analyses are calculated using the static catenary equation of mooring lines. It is demonstrated the line tension and vessel's offset are influenced by the mooring line length and stiffness. Accordingly it is suggested the optimum vessel's offset range should be determined considering line fatigue damage. The availability and limitation of the application of quasi-static analysis method for spread mooring system are explained by comparing the result of time domain analysis with one of frequency domain analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.38-51
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2000
The study on the mechanical behavior of a spot-welded specimen is largely divided into the quasi-static overload failure analysis and the fatigue failure prediction. The main issue in an overload analysis is to examine the critical loads, thereby providing a generalized overload failure criterion. As the welding spot forms a singular geometry of an external crack type, fatigue failure of spot-welded specimens can be evaluated by means of a fracture parameter. In this study, we first present the limit loads of 4 representative types of single spot-welded specimens in terms of the base metal yield strength and specimen geometries. Recasting the load vs. fatigue life relationships experimentally, obtained here, we then predict the fatigue life of spot-weld specimens with a single parameter denoted the equivalent stress intensity factor. This crack driving parameter is demonstrated to successfully describe the effects of specimen geometry and loading type in a comprehensive manner. The suggested fatigue life formula for a single spot weld can play a key, role in the design and assessment of spot-welded panel structures, in that the fatigue strength of multi-spots is eventually determined by the fatigue strength of each single spot.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.5
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pp.168-173
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2002
The durability test, along with the crashworthiness test, requires the most time and expense in the vehicle development process. The durability design using CAE tools reduces the time required for both the durability test and actual vehicle production. Existing dynamic stress analyses designed fir the analysis of vehicle fatigue mainly calculate the dynamic stress history and fatigue after performing dynamic analysis and stress analysis with relevant software applications and then superpositioning the dynamic load history and stress influence coefficient at each joint. This approach is a complex process, taking into account the flexibility of the parts. It is, however, incapable of giving accurate consideration to the contacts between components, the non-linearity of materials, and tire-road surface interactions. This approach also requires that the analysts have an expertise in software applications of various kinds or an expert in each area must perform the analysis. This requires as a great deal of manpower and time. In order to complement the existing approaches for dynamic stress analysis, this study aims at the following: (1) to suggest the simple and accurate analysis technique which is capable of producing all the possible necessary results; (2) to reduce dramatically the time and manpower needed to construct a model designed to analyze dynamics, quasi-static stress, and fatigue; and (3) to enable an accurate analysis of fatigue by improving the accuracy of dynamic stress. we verify the presented analysis method through durability evaluation of the knuckle of passenger car.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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