Plastics is commonly used in consumer electronics because of it is high strength per unit mass and good productivity. But plastic parts are usually distorted after injection molding due to the residual stress after filling, packing, cooling process, and etc. And plastic material is to be deteriorated according to various temperature conditions and operating time, which can be characterized by stress relaxation and creep. The viscoelastic behavior of plastic materials in time domain can be expressed by the Prony series of the commercial code, ABAQUS. In the paper, the process to predict the post deformation under cyclic thermal loadings was suggested. The process was applied to the real panel, and the deformation predicted by the analysis was compared with that of real test, which showed the possibility of applying the suggested process to predict the post deformation of plastic product under thermal loadings.
Plastics is commonly used in consumer electronics because of it is high strength per unit mass and good productivity. But plastic parts are usually distorted after injection molding due to the residual stress after filling, packing, cooling process, and etc. And plastic material is to be deteriorated according to various temperature conditions and operating time, which can be characterized by stress relaxation and creep. The viscoelastic behaviour of plastic materials in time domain can be expressed by the Prony series of the commercial code, ABAQUS. In the paper, the process to predict the post deformation under cyclic thermal loadings was suggested. The process was applied to the real panel, and the deformation predicted by the analysis was compared with that of real test, which showed the possibility of applying the suggested process to predict the post deformation of plastic product under thermal loadings.
The actuating performance of plate-type unimorph piezoelectric composite actuators having various stacking sequences was evaluated by three dimensional finite element analysis on the basis of thermal analogy model. Thermal residual stress distribution at each layer in an asymmetrically laminated plate with PZT ceramic layer and thermally induced dome height were predicted using classical laminated plate theory. Thermal analogy model was applied to a bimorph cantilever beam and LIPCA-C2 actuator in order to confirm its validity. Finite element analysis considering thermal residual deformation showed that the bending behavior of piezoelectric composite actuator subjected to electric loads was significantly different according to the stacking sequence, thickness of constituent PZT ceramic and boundary conditions. In particular, the increase of thickness of PZT ceramic led to the increase of the bending stiffness of piezoelectric composite actuator but it did not always lead to the decrease of actuation distance according to the stacking sequences of piezoelectric composite actuator. Therefore, it is noted that the actuating performance of unimorph piezoelectric composite actuator is rather affected by bending stiffness than actuation distance.
This paper concerns the static, dynamic and thermal characteristics analysis of a high-speed spindle system for horizontal machining centers with 45mm x50,000rpm. The spindle system is designed based on the angular contact ceramic ball bearings, built-in motor, oil-air lubrication method and oil jacket cooling method. The structural and thermal analysis models of spindle system are constructed by the finite element method. The static and dynamic characteristics are estimated based on the static deformation, modal parameter, mode shape and frequency response function, and the thermal characteristics are estimated based on the temperature rise, temperature distribution and thermal deformation. The analysis results illustrate that the designed spindle system has excellent structural and thermal stabilities
Herein, we present the design and development of an efficient finite element analysis model for thermal plate forming in shipbuilding. Double curvature shells in the ship building industries are primarily formed through the thermal forming technique. Thermal forming involves heating of steel plates using heat sources like oxy-acetylene gas torch, laser, and induction heating, etc. The differential expansion and contraction across the plate thickness cause plastic deformation and bending of plates. Thermal forming is a complex forming technique as the plastic deformation and bending depends on many factors such as peak temperature, heating and cooling rate, depth of heated zone and many other secondary factors. In this work, we develop an efficient finite element analysis model for the thermo-mechanical analysis of thermal forming. Different simulations are reported to study the effect of various parameters affecting the process. Temperature dependent properties are used in the analysis and the finite element analysis model is used to identify the critical flame velocity to avoid recrystallization of plate material. A spring connected plate is modeled for structural analysis using spring elements and that helps in identifying the resultant shapes of various thermal forming patterns. Finally, detailed simulation results are reported to establish the efficacy, applicability and efficiency of the designed and developed finite element analysis model.
The thermal deformation of a workpiece during grinding is one of the most important factors that affect a flatness of a grinding surface. The heat generated in one-pass surface grinding causes the convex deformation of a workpiece. Therefore, the ground durfae represents a concave profile. In the analysis a simple model of the temperature distribution, based on the results of a finite element method, is applied. Theanalyzed results are compared with experimental results in surface grinding. The main results obtained are as follows: (1) The temperature distribution of a workpiece by FEM has a good agreement with the experimental results. (2) The bending moment by generated heat causes a convex deformation of the workpiece and it leads to a concave profile of the grinding surface.
탄소 섬유 강화 복합재료 성형 시 섬유는 열변형이 거의 없는 반면에 수지는 시간 및 온도변화에 따라 물성이 변화하며 제품에 잔류응력이 발생한다. 잔류응력의 원인은 경화 과정에서의 섬유와 수지의 열팽창 계수 차이, 수지의 화학 수축이며 이로 인해 스프링 인, 뒤틀림 등의 열 변형이 발생한다. 열 변형은 제품의 품질을 결정하는 주요한 요인으로 복합재료 공정에 있어 반드시 고려되어야 한다. 본 연구는 잔류응력에 의한 열 변형을 예측하기 위해 3-D 점탄성 모델을 적용하여 서브루틴을 제작하고 기존의 2-D 점탄성 모델의 평판 유한 요소 해석결과와 비교해 유한 요소 해석 기법을 검증하였다. 검증된 기법으로 L-형상 구조를 해석하여 스프링 인 현상을 예측, 분석하였다.
Kim, Jae Woong;Jang, Beom Seon;Kim, Yong Tai;Chun, Kwang San
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권3호
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pp.348-363
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2013
The use of I-Core sandwich panel has increased in cruise ship deck structure since it can provide similar bending strength with conventional stiffened plate while keeping lighter weight and lower web height. However, due to its thin plate thickness, i.e. about 4~6 mm at most, it is assembled by high power $CO_2$ laser welding to minimize the welding deformation. This research proposes a volumetric heat source model for T-joint of the I-Core sandwich panel and a method to use shell element model for a thermal elasto-plastic analysis to predict welding deformation. This paper, Part I, focuses on the heat source model. A circular cone type heat source model is newly suggested in heat transfer analysis to realize similar melting zone with that observed in experiment. An additional suggestion is made to consider negative defocus, which is commonly applied in T-joint laser welding since it can provide deeper penetration than zero defocus. The proposed heat source is also verified through 3D thermal elasto-plastic analysis to compare welding deformation with experimental results. A parametric study for different welding speeds, defocus values, and welding powers is performed to investigate the effect on the melting zone and welding deformation. In Part II, focuses on the proposed method to employ shell element model to predict welding deformation in thermal elasto-plastic analysis instead of solid element model.
An inverter scroll compressor is used for the air conditioning in cars. Scrolls would be changed from the aluminum material to the magnesium material in order to satisfy the light weight trends of cars. The material changing influences on the scroll dimensions particularly the gap between two scrolls. Since the larger gap declines the performance of the compression, the gap between wraps of scrolls or the gap between wraps of scrolls to the plate of the opposite scroll is regarded as an important design variable. This paper is focused on the effects of the thermal stress due to the materials changing. The temperature difference between the inlet and the outlet is about 60 degrees and the highest operating temperature in the compressor is less than 110 degrees. The level of thermal stresses in the magnesium scroll is less than the result from aluminum one. The trend of the deformation is revealed that the normal directional deformation is 2 times lager than the in-plane directional deformation. Therefore the gap between the top of the wrap to the plate of the opposite scroll become more important than the other gaps. The orbiting scroll deforms larger than the fixed scroll by the thermal stresses. The deformation of the magnesium scroll is about 10% lager than that of the aluminum scroll. This value is similar to the ratio of the coefficients of thermal expansion of two materials. At the initial design stage, the results give many useful guides to engineers to propose gaps between parts.
Finite element analysis is performed for transient thermal deformation of a shadow mask inside the Braun tube and the landing shift or mislanding of the electronic beam is calclated. The shadow mask has numerous slits through which the electronic beams are guided to land on the designed phosphor. Its thermal deformations therefore cause the mislanding of the electronic beam and result in decolorization of a screen. For realistic finite element analysis, firstly the effective thermal conductivity and the effective elastric modulus are calculated, and the shadow mask is modeled as shell without slits. Next the nonlinear finite element formulation is developed for transient heat transfer on the shadow mask, wherein thermal radiation is a major heat transfer mechanism. Analysis of the resulting thermoelastic deformations is followed, from which the mislanding of the electronic beam is obtained. The present finite element scheme may be efficiently used for thermal deformation design of a shadow mask.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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