Thermal management is very important for the success of high density circuit design in LTCC. To realized more accurate thermal analysis for structure design, a series of simple thermal resistance measurement by laser flash method and parametric numerical analysis have been carried out. The design of via filled material would be useful in thermal management of power devices.
The Finite Element Method (FEM) was employed to demonstrate that accurate simulations of seismically repaired and retrofitted reinforced concrete shear walls can be achieved provided a good analysis program with comprehensive models for material and structural behaviour is used. Furthermore, the analysis tool should have the capability to retain residual damage experienced by the original structure and carry it forward in the repaired and retrofitted structure. The focus herein is to provide quick, simple, but reliable modelling procedures for repair and retrofitting strategies such as concrete replacement, addition of diagonal reinforcing bars, bolting of external steel plates, and bonding of external steel plates and fibre reinforced polymer sheets, thus illustrating versatility in the modelling. Slender, squat, and slender-squat shear walls were investigated. The modelling utilized simple rectangular membrane elements for the concrete, truss bar elements for the steel and FRP retrofitting materials, and bond-link elements for the bonding interface between steel or FRP to concrete. The analyses satisfactorily simulated seismic behaviour, including lateral load capacity, displacement capacity, energy dissipation, hysteretic response, and failure mode.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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제13권4호
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제18권2호
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pp.78-88
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2017
Cantilever beam MEMS piezoelectric accelerometers are the simplest and most widely used accelerometer structure. This paper discusses the design of a piezoelectric accelerometer exclusively for SHM applications. While such accelerometers need to operate at a lower frequency range, they also need to possess high sensitivity and low noise floor. The availability of a simple model for deflection, charge, and voltage sensitivities will make the accelerometer design procedure less cumbersome. However, a review of the open literature suggests that such a model has not yet been proposed. In addition, previous works either depended on FEM analysis or only reported on the fabrication and characterization of piezoelectric accelerometers. Hence, this paper presents, for the first time, a simple analytical model developed for the deflection, induced voltage, and charge sensitivity of a cantilever beam piezoelectric accelerometer.The model is then verified using FEM analysis for a range of different cases. Further, the model was validated by comparing the induced voltages of an accelerometer estimated using this model with experimental voltages measured in the accelerometer after fabrication. Subsequently, the design of an accelerometer is demonstrated for SHM applications using the analytical model developed in this work. The designed accelerometer has 60 mV/g voltage sensitivity and 2.4 pC/g charge sensitivity, which are relatively high values compared to those of the piezoresistive and capacitive accelerometers for SHM applications reported earlier.
A disk-type 3-DOF actuator which has new principle and very simple structure is proposed. Also it utilizes the relation of bias and control fluxes produced by permanent magnets and coils, respectively, like other conventional electromagnetic actuators, but its main feature is that both the coils and permanent magnets are fixed in the stator, which makes it easy to design the shape of moving part. Operating principle is that a moving disk is driven by reaction force of Lorentz force acting on the fixed equivalent coil. Simple analytic approach and FEM analysis are performed to determine the design parameters so as to increase the driving force and distance. And some experimental results show the feasibility of the proposed actuator.
The Lattice Boltzmann Method (LBM) has attracted attention as an alternative numerical algorithm for solving fluid mechanics, and its intrinsic unsteadiness and weak numerical damping make it more suitable for aeroacoustic problems. In this paper, applicability of the LBM for solving flow noise problems is tested by applying it to predict transmission loss of a simple expansion silencer. The time history of the static pressure is recorded at the inlet and outlet pipes. The transmission loss (TL) of the muffler is computed by using three point method and two source method, respectively. The TL calculated using the LBM is compared with that computed using finite element method (FEM) and measured data. It is found through these comparisons that the LBM is capable of predicting TL of the simple expansion silencer accurately, which it is difficult to predict using the conventional CFD methods based on the RANS solvers.
It is very important to understand the vibration and noise characteristics of a structure to developed quiet machines and lessen their noise. In this paper, the vibration and sound radiation characteristics of a simple and a bar-stiffened plate have been investigated using numerical and experimental techniques. In numerical process, FEM analysis has been performed for the vibration level ; the time-space squared and averaged velocity and BEM analysis for sound radiation parameters ; sound power and radiation efficiency. In experimental process, FFT signal processing method has been used. While a power from an exiciter is applied to the structure by using a point contact, sound intensity and vibration level has been measured. Based on these two data, the radiation efficiency has been calculated. Results show that the radiation efficiency for the stiffened structure increases compared to the simple plate, due to the extra edges provided by the stiffener.
The continuous circular cylindrical shells are widely used for the high performance structures of aircraft, spacecraft, missile, nuclear fuel rod shell etc.. In this paper, a method for the free vibration analysis of the continuous circular cylindrical shells with the multiple simple supports is developed by using the receptance method. With this method, the vibrational characteristics of the continuous system is analyzed by considering as a combined structure. The system receptance is also derided by the application of the equilibrium of forces and the continuity of displacements at the support points. The natural frequencies and mode shapes are calculated numerically and they are compared with the FEM results to improve the reliability of analytical solution. Numerical results on the 4-equal-span continuous circular cylindrical shell are presented in this paper.
Disk type single-phase switched reluctance motor which has an advantage of simple robust construction, simple control circuity, and low manufacturing cost has a specific property of axial flux machine and radial flux machine simultaneously. So, this DSPSRM has a complicated magnetic circuit and it is difficult to analyze characteristics of DSPSRM for design. In this paper, we used to analyze the effects of radial flux and axial flux simultaneously by 3D-finite element method. From the results of 3-D FEM, we obtained the approximated torque characteristics of DSPSRM. It's analysis results can be used in optimal design of DSPSRM considering the saturation.
In general, spot welding is used at no welding rod or flux for the process, low welding point temperature compared to arc welding, short heating time, less damage to the parent material, and low deformation and residual stress, relatively. Also, because of the pressurization effect, better mechanical qualities of the welding parts are obtained. Therefore, in various fields of industry its rapid operation speed can make mass production possible such as motor industry. In FEM analysis for the spot welding process, it is effective to use simple modeling rather than complicated one because of its numerous number of spots and reduction of analysis time. Therefore, this study provides with not only simplification of modeling analysis by using beam component composition of structure without re-compositing the spot welding point mesh but also modeling analysis of which property of fracture strength is reflected. In addition complete spot welding model is examined at rectangular post shape (hat shape) by impact test, compared the results, and verified its validity. As a result, it is possible to optimize the welding position and to recognize the strength of structure and the proposed equal distance model shows the effect of welding point reduction and improvement of stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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