Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.04a
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pp.596-602
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1995
In this paper, the rolling-sliding contact problem of a layered semi-infinite solid compressed by a rigid surface is solved by finite element method based on the elasto-plastic theory. The purpose of this paper is to present the standard that is needed the later design. For this analysis, the principal parameters are layer thickness. Young's modulus ratio of layer and substrate and friction coefficient. In particular, this paper is interested in effect that layer thickness have influence upon displacement and shear and tensile stress at interface. For the layered material, the layer and the substrate behave elastic and linear-strain hardening respectively. For law friction, a relatively thin layer reduce the undesired maximum tensial stress but, for high friction, act contrary to the case of low friction.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
This paper presents the plastic inhomogeneous deformation behavior of bimetal composite rods during the axisymmetric and steady-state extrusion process through a conical die. The rigid-plastic FE model considering frictional contact problem was used to analyze the co-extrusion process with material combinations of Cu/Al. Different cases of initial geometry shape for composite material were simulated under different conditions of co-extrusion process, which includes the interference and frictional conditions. The main design parameters influencing on deformation pattern are diameter ratio of the composite components and semi-die angle. Efforts are focused on the deformation patterns, velocity gradient, predicted forming load and the end distance through the various simulations. Simulation results indicate that there is an obvious difference of forming pattern with various diameter ratio and semi-die angle. The analysis in this paper is concentrated on the evaluation of the design parameters on the deformation pattern of composite rod.
Dave Montellano Osabel;Hyeong-Jin Choi;Sang-Hoon Kim;Young-Ju Kim;Jae-Hoon Bae
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.275-282
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2024
A recently proposed rapid-disassembly , carbon-minimized dismantle connection was tested using cyclic loading. To better understand the behavior of the test specimen, three-dimensional finite element (3D-FE) analyses were conducted using a "tied model" (bolted contact surfaces are tied together) and a "bolt-slip model" (contact surfaces slip and separate). The tied model suggests that plastic hinging of the beam occurs if the proposed connection behaves rigidly. The bolt-slip model suggests that the proposed connection, if manufactured and assembled properly, can dissipate energy to about 0.5 times that experienced by a rigid connection. However, when compared in a test, its moment-rotation hysteresis curve does not match well, which suggests that the low performance of the test specimen is attributable to a manufacturing deficiency. Regardless, the results corroborate the pinching phenomenon observed in the experimental hysteresis and fracture failure of the test specimen.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.4
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pp.38-45
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2017
A finite element analysis-based approach which investigates the causes of the breakdown in the outer ring of the choke at hot rod rolling mill is presented. Two-dimensional drawings of the whole vertical-type mill stand are transformed into three-dimensional CAD models. Non-linear elasto-plastic deformation analysis of material at the roll gap is performed for computing roll force and torque of the work roll. Then, the reaction forces of the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are obtained by means of rigid body motion analysis. Finally, stress behaviors in the bearing rings together with a set of roller bearings that support the work roll are investigated by linear elastic analysis. Results reveal that stress at the contact area between the outer ring and roller bearing is extraordinary high when an internal gap between an external surface of the outer ring and the internal surface of the chock due to wear of the inside of the chock occurs.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.395-399
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2017
The LPI fuel filter housings used in automobiles were made from conventional die castings but have recently been developed by cold forging to improve the weight and durability. On the other hand, a sink may develop at the core of the forged product due to the resulting T-shape, which not only reduces the aesthetics, but also increases the post-processing cost of the product. Therefore, this research focused on methods to predict and mitigate sink development and progression during the T-shape forging process. Finite element analysis of the forging process was first performed to determine the optimal initial workpiece devoid of burrs and underfills. An accurate sink prediction was then obtained via metal flow analysis, which was a result of the finite element simulation. Through finite element analysis, it was confirmed that sink development is a product of the differences in nodal velocities arising from the T-shaped forging process. Consequently, a pad was inserted beneath the sink to minimize these velocity differences. The results yielded significant improvement with regard to the sink defect. This method was practically applied to an industrial site to validate the sink improvement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.483-492
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1998
An inverse analysis been applied to obtain the flow stress of the material. In this method, a ring-shaped specimen is compressed between two flat tools. This procedure employs, as the object function of inverse analysis, the balance of measured loads and reaction forces calculated by using rigid-plastic finite element method. The balance is explicit scalar function of flow stress which is a function of some unknown constants. For minimizing the balance, Newton-Raphon scheme is used. The friction factor, m, between flat tools and the specimen is determined by using friction area-divided method. The proposed method allows an accurate identification by avoiding the usual assumptions made in order to convert experimental measures into stress-strain relation. In this paper, the proposed method is numerically tested. A commercial pure aluminum was selected, as an example, to apply the method and the results are compared with stress-strain relation obtained by experiments.
During the cold forming, due to high working pressure acting on the die surface, failure mechanics must be considered before die design. One of the main reasons of die failure in industrial application of metal forming technologies is wear. The mechanisms of wear are consisted of adhesion, abrasion, erosion and so on. Die wear affects the tolerances of formed parts, metal flow, and costs of process. The only way to control these failures is to develop a prediction method on die wear suitable in the design state in order to optimize the process. The wear system is used to analyse 'operating variables' and 'system structure'. In this study, with AISI D2, AISI 1020, AISI 304SS materials, a series of the wear experiments of pin-on-disk type to obtain the wear coefficients from Archard's wear model and the upsetting processes are carried out to observe the wear phenomenon during the cold forming process. The analysis of upsetting processes are performed by the rigid-plastic finite element method. The result of the analysis is used to investigate the die wear the processes, and the analysis simulated die wear profiles are compared with the experimental measured die wear profiles.
Various heat-treated and surface coating methods are used to mitigate abrasion in sliding machine parts. The most cost effective of these methods involves hard coatings such as diamond-like carbon (DLC). DLC has various advantages, including a high level of hardness, low coefficient of friction, and low wear rate. In practice, a supporting layer is generally inserted between the DLC layer and the steel substrate to improve the load carrying capacity. In this study, an indentation and sliding contact problem involving a small, hard, spherical particle and a DLC-coated steel surface is modeled and analyzed using a nonlinear finite element code, MARC, to investigate the influence of the supporting layer thickness on the coating characteristics and the related coating failure mechanisms. The results show that the amount of plastic deformation and the maximum principal stress decrease with an increase in the supporting layer thickness. However, the probability of the high tensile stress within the coating layer causing a crack is greatly increased. Therefore, in the case of DLC coating with a supporting layer, fatigue wear can be another important cause of coating layer failure, together with the generally well-known abrasive wear.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.3
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pp.78-85
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2008
Roll forming process is one of the most widely used processes in the world for forming metals. It can manufacture goods of the uniform cross section throughout the continuous processing. However, process analysis is very difficult because of the inherent complexity. Therefore, time is consuming and much money are needed for manufacturing goods. In order to overcome this difficulty, a new computational method based on the rigid-plastic finite element method is developed for the analysis of roll forming process. In this paper, the design of roll forming process and the simulation are performed to manufacture the upper member at under rail composed of three members. The cold rolled carbon steel sheet(SCP-1) is used in this simulation, and a flow stress equation is set up by conducting the tensile test. The upper member is designed using two types of design for a excellent design. Each types are simulated and compared with the strain distribution using SHAPE-RF software. In addition, the numerical magnitude of bow and camber which are the buckling phenomenon is estimated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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