The purpose of this study is to propose the proper fillet welding process for preventing the buckling distortion in thin panel welded structure. In order to do it, a heat input model for laser hybrid welding process was developed using FEA and experiment. The principal factors controlling the angular distortion and longitudinal shrinkage force caused by FCA and laser hybrid welding were identified as the welding heat input and weld rigidity using FEA. The predictive equations of angular distortion and longitudinal shrinkage force for each welding process were formulated as a function of the principal factors proposed. With the predictive equations, the buckling distortion at the thin panel welded structure with welding process was evaluated and compared using nonlinear buckling analysis and STEM(simplified thermo elastic method). Based on the results, the best way to prevent the buckling distortion at the given welded panel structures was identified as an intermittent FCA welding.
Kim, Seok-Chan;Go, Jae-Gwi;Jung, Yeon-Gil;Paik, Un-Gyu
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.15
no.3
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pp.223-231
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2011
During spray coating, especially in an air plasma spray (APS), pores, cracks, and splat boundaries are developed and those factors exert influence on thermomechanical properties such as elastic modulus, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion. Moreover, the thermo mechanical properties are crucial elements to determine the thermoelastic characteristics, for instance, temperature distribution, displacements, and stresses. Two types of thermal barrier coating (TBC) model, the dense and porous microstructures, are taken into account for the analysis of microstructural characterizations. $TriplexPro^{TM}$-200 system was applied to prepare TBC samples, and the METECO 204 C-NS powder is adopted for the relatively porous microstructure and METECO 204 NS powder for the dense microstructure in the top coat of TBCs. Governing partial differential equations were derived based on the thermoelastic theory and approximate estimates for the thermoelastic characteristics were obtained using a finite volume method for the governing equations.
Wear mechanisms may be briefly classified by mechanical, chemical and thermal wear. A plane strain finite element method is used with a new material stress and temperature fields to simulate orthogonal machining with continuous chip formation. Deformation of the workpiece material is healed as elastic-viscoplastic with isotropic strain hardening and the numerical solution accounts for coupling between plastic deformation and the temperature field, including treatment of temperature-dependent material properties. Effect of the uncertainty in the constitutive model on the distributions of strait stress and temperature around the shear zone are presented, and the model is validated by comparing average values of the predicted stress, strain, and temperature at the shear zone with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1713-1719
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2001
Estimation of fatigue strength on the spot welded joint is very Important for strength design of spot welded steed sheet structures. In this paper, the effect of residual stress on the fatigue life of resistance spot weldment was studied. Residual stress fields of weldment were calculated by using thermo elastic plastic finite element analysis and equivalent fatigue stress considering residual stress effect was obtained. And then we predicted fatigue life, which included the effect of the residual stresses and the actual loading stresses. The calculation and experimental results were in good agreement. Therefore, the proposed calculated model can be considered to be sufficiently powerful for the prediction of fatigue life.
This paper is concerned with the wave propagation behavior of rotating functionally graded temperature-dependent nanoscale beams subjected to thermal loading based on nonlocal strain gradient stress field. Uniform, linear and nonlinear temperature distributions across the thickness are investigated. Thermo-elastic properties of FG beam change gradually according to the Mori-Tanaka distribution model in the spatial coordinate. The nanobeam is modeled via a higher-order shear deformable refined beam theory which has a trigonometric shear stress function. The governing equations are derived by Hamilton's principle as a function of axial force due to centrifugal stiffening and displacement. By applying an analytical solution and solving an eigenvalue problem, the dispersion relations of rotating FG nanobeam are obtained. Numerical results illustrate that various parameters including temperature change, angular velocity, nonlocality parameter, wave number and gradient index have significant effect on the wave dispersion characteristics of the understudy nanobeam. The outcome of this study can provide beneficial information for the next generation researches and exact design of nano-machines including nanoscale molecular bearings and nanogears, etc.
Sculptured surface structures such as ship hulls are traditionally formed up to the required double curved shape by line heating method. The nature of the line heating process is a transient thermal process, followed by a thermo-elastic-plastic stress field. The permanant shape is dependent on many factors involved in the process, Among them are torch speed and path, supplied heat type and amount , and plate size. Thus, the work is essentially leaded by experts with lots of experiences. However, in order to effectively improve productivity through automation, each factor should be clearly examined how much it affects the final shape. This can not be done only by experiments, but can be achieved by a mechanics-based approach. In this paper, we propose a conceptual configuration for plate forming system, and then present simulations of the line heating process with numerical data in practices and suggest a computerized process of the line heating for practical applications. The modeling of heating torch, water cooling, and the plate to be formed is proposed for the finite element analysis after the mechanics of line heating is studied. Parametric studies are given and discussed for the effects of plate thickness, torch speed and initial curvature in forming a saddle typed surface.
In the present work, the deformation and stresses induced in a functionally graded disk have been reported for different loading conditions. The governing differential equation is solved using the classical method namely Navier's method by considering thermal and mechanical boundary conditions at the surface of the disk. To simplify solving the second-order differential equation, a plane stress condition was assumed. Following validation using a one-dimensional steady-state heat condition problem, temperature variations were computed for constant heat generation and varying conductivity. The research aims to investigate both the individual and combined effects of rotation, gravity, and temperature with constant heat generation on a hollow disk operating under complex loading conditions. The results demonstrated a high degree of accuracy when compared with those in existing literature. Material properties, such as Young's modulus, density, conductivity, and thermal expansion coefficient, were modeled using a power law variation along the disk's radius by considering aluminum as a base material. The proposed analytical method is straightforward, providing valuable insights into the behavior of disks under various loading conditions. This method is particularly useful for researchers and industries in selecting appropriate loading conditions and grading parameters for engineering applications, including aerospace components, energy systems, and rotary machinery parts.
Park Jeong-Hwa;Lee Jae-Owan;Kwon Sang-Ki;Cho Won-Jin
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.4
no.2
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pp.117-131
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2006
A coupled T-H-M(Thermo-Hydro-Mechanical) analysis was carried out for KENTEX (KAERI Engineering-scale T-H-M Experiment for Engineered Barrier System), which is a facility for validating the coupled T-H-M behavior in the engineered barrier system of the Korean reference HLW(high-level waste) disposal system. The changes of temperature, water saturation, and stress were estimated based on the coupled T-H-M analysis, and the influence of the types of mechanical constitutive material laws was investigated by using elastic model, poroelastic model, and poroelastic-plastic model. The analysis was done using ABAQUS, which is a commercial finite element code for general purposes. From the analysis, it was observed that the temperature in the bentonite increased sharply for a couple of days after heating the heater and then slowly increased to a constant value. The temperatures at all locations were nearly at a steady state after about 37.5 days. In the steady state, the temperature was maintained at $90^{\circ}C$ at the interface between the heater and the bentonite and at about $70^{\circ}C$ at the interface between the bentonite and the confining cylinder. The variation of the water saturation with time in bentonite was almost same independent of the material laws used in the coupled T-H-M processes. By comparing the saturation change of T-H-M and that of H-M(Hydro-Mechanical) processes using elastic and poroelastic material mod31 respectively, it was found that the degree of saturation near the heater from T-H-M calculation was higher than that from the coupled H-M calculation mainly because of the thermal flux, which seemed to speed up the saturation. The stresses in three cases with different material laws were increased with time. By comparing the stress change in H-M calculation using poroelasetic and poroelasetic-plastic model, it was possible to conclude that the influence of saturation on the stress change is higher than the influence of temperature. It is, therefore, recommended to use a material law, which can model the elastic-plastic behavior of buffer, since the coupled T-H-M processes in buffer is affected by the variation of void ratio, thermal expansion, as well as swelling pressure.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.10
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pp.952-958
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2011
On-board IR calibration device has been developed for calibration of spaceborne image sensor. It is composed of a blackbody to provide two different radiance temperatures, tilt mirror with a function of stow and deploy to view the blackbody during the calibration and on-board calibration control unit to control the function of the blackbody and tilt mirror. In this paper, to guarantee the structural safety of the unit, the structural and thermal analysis including a thermo-elastic analysis for verifying structural safety on the soldered part of chips have been performed. In addition, safety margin of the chips on the PCB obtained from the conventional analytical method has been compared to the results from the FEM analysis.
This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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