This paper describes a study of the collision of hard steel spheres against aluminium thin circular plates at speeds up to 140 m/s. The tests were monitored by a high speed camera and a chronoscope, which allowed the determination of the ballistic limit and the plate deformation pattern. Quasi-static material parameters were obtained from tests on a universal testing machine and dynamic mechanical characterization of two aluminium alloys were conducted in a split Hopkinson pressure bar. Using a damage model, the perforation of the plates was simulated by finite element analysis. Axisymmetric, shell and solid elements were employed with various parameters of the numerical analysis being thoroughly discussed, in special, the dynamic model parameters. A good agreement between experiments and the numerical analysis was obtained.
This is a leading study to replace the structural analysis methodology on the specific traditional joint by a numerical analysis. Tests were carried out to test the compressive methodologies with the numerical results. The Japanese larch was used as a sample. The Orthotropic property of wood was specifically considered for the finite element numerical analysis. Linear numerical analysis and non-linear numerical analysis for the BEAM element and the two SOLID elements of ANSYS were used to analyze the compressive performance. In addition, more finely divided elements were used to raise the accuracy of the numerical result. Finally, the statistically significant differences were tested between that of the analytical and numerical results. It could be concluded that the SOLID 64 element shows the most optimum result when the non-linear analysis with the more finely divided element was used. However, finely dividing of the element is a considerable time consuming process, and it is quite difficult to raise the accuracy of the non-linear numerical analysis. Therefore, if considering the vertical displacement to be of the only interest, the BEAM element is more efficient than the SOLID element because the BEAM element is reflected as a simple line, which is less time consuming and difficult in dividing the elements. But, the BEAM element cannot accurately model the knot as a strength defect factor which is an important property in the orthotropic property of wood. Therefore, the SOLID element should be used to model the strength defect factor, knot, as it can be efficiently applied on the structural size flexure member which could be more strongly effected by the knot. In addition, it is useful at times when the failure types of members are to be more closely investigated, as the SOLID element is able to examine the local stress distribution of the member. The conclusion drawn by this study is of the good concordance between analytical results and numerical results of compressive wood members, but how orthotropic properties should only be considered. The numerical analysis on the specific Korean traditional joints will be based on the current study results.
Because of the high stress concentration near the toe of a welded joint, the calculation of local stress using the finite element method which is relevant to the fatigue strength of the weld toe crack, is a challenging task. This is mainly caused by the sensitivity of finite element analysis, which usually occurs near the area of a dramatically changing stress field. This paper presents a novel numerical method through which a less mesh-sensitive local stress calculation can be achieved based on the 3D solid finite element, strictly sticking to the original definition of hot spot stress. In order to achieve the goal, a traction stress, defined at 0.5t and 1.5t away from the weld toe, was calculated using either a force-equivalent or work-equivalent approach, both of which are based on the internal nodal forces on the imaginary cut planes. In the force-equivalent approach, the traction stress on the imaginary cut plane was calculated using the simple force and moment equilibrium, whereas the equivalence of the work done by both the nodal forces and linearized traction stress was employed in the work-equivalent approach. In order to confirm the validity of the proposed method, five typical welded joints widely used in ships and offshore structures were analyzed using five different solid element types and four different mesh sizes. Finally, the performance of the proposed method was compared with that of the traditionally used surface stress extrapolation method. It turned out that the sensitivity of the hot spot stress for the analyzed typical welded joints obtained from the proposed method outperformed the traditional extrapolation method by far.
The safety evaluation of horizontal and vertical bolted connection between PHC piles is presented. The numerical analysis model is constructed using the commercial finite element program, ABAQUS, in which 3D solid element is used to model all the connection devices. The actual bolted connection is idealized by the contact and tie condition given in ABAQUS. Through the finite element analysis, the compression, tensile, bending and shear behaviors of PHC pile connection were analyzed. The safety factor based on Von-Mises and yield stress was calculated for the safety evaluation of each connection devices.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
Finite element analysis of welding processes, which entail phase evolution, heat transfer and deformation, is considered in this paper. Attention focuses on numerical implementation of the thermo-elastic-plastic constitutive equation proposed by Leblond et al in consideration of the transformation plasticity. Based upon the multiplicative decomposition of deformation gradient, hyperelastic formulation is employed for efficient numerical integration, and the algorithmic consistent moduli for elastic-plastic deformations including transformation plasticity are obtained in the closed form. The convergence behavior of the present implementation is demonstrated via a couple of numerical examples. Several locking phenomena removed by Solid-shell element.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1995.10a
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pp.60-63
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1995
The behavior of the work materials in the chip-tool interface in extremely high strain rates and temperatures is more that of viscous liquids than that of normal solid metals. In these circumstances the principles of fluid mechanics can be invoked to describe the metal flow in the neighborhood of the cutting edge. In the present paper an Eulerian finite element model is presented that simulates metal flow in the vicinity of the cutting edge when machining a low carbon steel with carbide cutting tool. The work material is assumed to obey visco-plastic (Bingham solid) constitutive law and Von Mises criterion. Heat generation is included in the model, assuming adiabatic conditions within each element. the mechanical and thermal properties of the work material are accepted to vary with the temperature. The model is based on the virtual work-stream function formulation, emphasis is given on analyzing the formation of the stagnant metal zone ahead of the cutting edge. The model predicts flow field characteristics such as material velocity effective stress and strain-rate distributions as well as built-up layer configuration
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.12
no.3
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pp.255-260
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2002
This paper describes a fuzzy-based system for analyzing the stress intensity factors (SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-coded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack front are shifted at the quarter-points, and these are automatically placed along the 3D crack front. The complete finite element(FE) model is generated, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. To demonstrate practical performances of the present system, semi-elliptical surface cracks in a inhomogeneous plate subjected to uniform tension are solved.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.599-606
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2010
This paper presents dynamic analysis of FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) Turbo Blower. To analyze the dynamic characteristics of Turbo Blower, finite element model which consists of solid elements is constructed. Evaluation of stress for safety of rotor sleeve due to centrifugal force, Shrink fit analysis in maximum rotation speed is performed. Rotor dynamic analysis of Turbo blower is conducted using Campbell diagram and FEA (Finite element analysis) results are compared with experimental results to evaluate of validity of finite element model. To evaluate of Structure vibration characteristics, Modal analysis and forced vibration analysis are performed through FEA and experiment.
The goal of this study is to evaluate behavior uncertainties of structures by using interval finite element analysis based on interval factor method as a specific non-stochastic tool. The interval finite element method, i.e., interval FEM, is a finite element method that uses interval parameters in situations where it is not possible to get reliable probabilistic characteristics of the structure. The present method solves the uncertainty problems of a 2D solid structure, in which structural characteristics are assumed to be represented as interval parameters. An interval analysis method using interval factors is applied to obtain the solution. Numerical applications verify the intuitive effectiveness of the present method to investigate structural uncertainties such as displacement and stress without the application of probability theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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