The main objective of this article is the exploitation of a stochastic hybrid mesh-free method based on stochastic generalized finite difference (SGFD), Newmark finite difference (NFD) methods and Monte Carlo simulation for thermoelastic wave propagation and coupled thermoelasticity analysis based on GN theory (without energy dissipation). A thick hollow cylinder with Gaussian uncertainty in mechanical properties is considered as an analyzed domain for the problem. The effects of uncertainty in mechanical properties with various coefficients of variations on thermo-elastic wave propagation are studied in details. Also, the time histories and distribution on thickness of cylinder of maximum, mean and variance values of temperature and radial displacement are studied for various coefficients of variations (COVs).
Steel nitriding is a thermo-chemical process leading to surface hardening and improvement in fatigue properties. The process is strongly influenced by many different variables such as steel composition, nitrogen potential, temperature, time, and quenching media. In the present study, the influence of such parameters affecting physic-chemical and mechanical properties of nitride steels was evaluated. The aim was to streamline the process by numerical-experimental analysis allowing defining the optimal conditions for the success of the process. Input parameters-output results correlations were calculated through the employment of a multi-objective optimization software, modeFRONTIER (Esteco). The mechanical and microstructural results belonging to the nitriding process, performed with different processing conditions for various steels, are presented. The data were employed to obtain the analytical equations describing nitriding behavior as a function of nitriding parameters and steel composition. The obtained model was validated, through control designs, and optimized by taking into account physical and processing conditions.
The effectiveness and accuracy of the strain-based approach applied for analysis of two kinds of heterogeneous hollow cylinders subjected to thermal and mechanical loads are examined in this study. One is a multilayer cylinder in which the material in each layer is assumed to be linearly elastic, homogeneous and isotropic. Another is a hollow cylinder made of functionally graded materials with arbitrary gradient. The steady state condition without heat generation is considered. A sector in-plane finite element in the polar coordinate system based on strain approach is used. This element has only three degrees of freedom at each corner node. Analytical solutions available in the literature are presented to illustrate the accuracy of the sector element used. The obtained results for displacements and stresses are shown to be in good agreement with the analytical solutions.
Kim, Hyun-Jung;Seo, Yu-Deok;Youn, Sung-Kie;Lee, Seung-Hoon;Lee, Deog-Gyu;Lee, Eung-Shik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.8
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pp.693-700
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2008
The primary mirror system in a satellite camera is an opto-mechanically coupled system for a reason that optical and mechanical behaviors are intricately interactive. In order to enhance the opto-mechanical performance of the primary mirror system, opto-mechanical behaviors should be thoroughly investigated by using various analysis procedures such as elastic, thermo-elastic, optical and eigenvalue analysis. In this paper, optimal design of the bipod flexure mounts for high opto-mechanical performance is performed. Optomechanical performances considered in this paper are RMS wavefront error under the gravity and thermal loading conditions and 1st natural frequency of the mirror system. The procedures of the flexure mounts design based on design of experiments and statistics is as follows. The experiments for opto-mechanical analysis are constructed based on the tables of orthogonal arrays and analysis of each experiment is carried out. In order to deal with the multiple opto-mechanical properties, MADM (Multiple-attribute decision making) is employed. From the analysis results, the critical design variables of the flexure mounts which have dominant influences on opto-mechanical performance are determined through analysis of variance and F-test. The regression model in terms of the critical design variables is constructed based on the response surfaceanalysis. Then the critical design variables are optimized from the regression model by using SQP algorithm. Opto-mechanical performance of the optimal bipod flexure mounts is verified through analysis.
Kim, Won Young;Eom, Se Yeon;Seo, Sang Bum;Lee, Kee Yoon
Polymer(Korea)
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v.37
no.5
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pp.557-562
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2013
The thermal expansion and mechanical properties of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) with mercaptan hardeners were studied by a comparative method with an amine-adduct type hardener. Thermal expansion and dynamic mechanical properties were measured by thermo mechanical analysis (TMA) and dynamic mechanical ananlysis (DMA), respectively. The $T_g$ and the coefficient of thermal expansion (CTE) of epoxy/amine-adduct type hardener system were $82.6^{\circ}C$ and 71.2 $ppm/^{\circ}C$, respectively. As the number of -SH functional group of mercaptan hardener increased, the $T_g$ rapidly decreased and gradually increased up to ca. $80^{\circ}C$ and the CTE under the $T_g$ rapidly increased to ca. 200 $ppm/^{\circ}C$ from 80 $ppm/^{\circ}C$ and decreased to ca. 100 $ppm/^{\circ}C$. The crosslinking density of epoxy with amine-adduct type hardener was ca.1.5 $mol/cm^3$, while that of epoxy with mercaptan hardeners increased from 1.0 to 1.7 $mol/cm^3$, as the number of -SH functional group increased. The storage modulus can increase up to 2700MPa at $30^{\circ}C$.
Surmiri, Azam;Nayebi, Ali;Rokhgireh, Hojjatollah;Varvani-Farahani, Ahmad
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.1
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pp.101-108
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2020
The present study intends to analyze damage in thin-walled steel cylinders undergoing constant internal pressure and thermal cycles through use of anisotropic continuum damage mechanics (CDM) model coupled with nonlinear kinematic hardening rule of Chaboche. Materials damage in each direction was defined based on plastic strain and its direction. Stress and strain distribution over wall-thickness was described based on the CDM model and the return mapping algorithm was employed based on the consistency condition. Plastic zone expansion across the wall thickness of cylinders was noticeably affected with change in internal pressure and temperature gradients. Expansion of plastic zone over wall-thickness at inner and outer surfaces and their boundaries demarking elastic and plastic regions was attributed to the magnitude of damage induced over thermomechanical cycles on the thin-walled samples tested at various pressure stresses.
The linear constitutive relations and the failure criteria of composite materials made of thermoviscoelastic solids are presented. The post-failure material behavior is proposed and the dynamic finite element equations are formulated. However, a nonlinear term is kept in the energy equation because it represents the effect of the second law of thermodynamics. A general purpose nonlinear three-dimensional dynamic finite element program COMPASS is upgraded and employed in this work to investigate the interdependence among stress wave propagation, stress concentration, failure progression and temperature elevation in composite materials. The consequence of truthfully incorporating the second law of thermodynamics is clearly observed: it will always cause temperature rise if there exists a dynamic mechanical process.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.26
no.3
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pp.205-213
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2023
An optimal design of a simple beam-shaped flexure hinge mount supporting an optical mirror is presented. An optical mirror assembly is an opto-mechanically coupled system as the optical and mechanical behaviors interact. This side-supporting mount is flexible in the radial direction and rigid for the remaining degrees of freedom to support the mirror without transferring thermal load. Through thermo-elastic, optical and eigenvalue analysis, opto-mechanical performance was predicted to establish the objective functions for optimization. The key design parameters for this flexure are the thickness and length. To find the optimal values of design parameters, response surface analysis was performed using the design of experiment based on nested FCD. Optimal design candidates were derived from the response surface analysis, and the optimal design shape was confirmed through Opto-mechanical performance validation analysis.
Taehyun, Kim;Chan-Hee, Park;Changsoo, Lee;Jin-Seop, Kim
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.518-529
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2022
In Task C of the DECOVALEX-2023 project, nine institutes from six nations are developing their numerical codes to simulate thermo-hydro-mechanical coupled behavior for the FE experiment performed at Mont Terri underground rock laboratory, Switzerland. Currently, Step 1 for comparing the simulation results to field data is the ongoing stage, and we used the OGS-FLAC simulator for a series of numerical simulations. As a result, temperature increase depending on the heating hysteresis was well simulated, and saturation variation in the bentonite depending on phase change was observed. However, due to the suction overestimation, relative humidity and temperature change in the bentonite and the pressure variation in the Opalinus clay showed a difference compared to the field data. From the observation, it is confirmed that the effect of the bentonite capillary pressure is dominant to the flow analysis in the disposal system. We further plan to draw improved results considering tunnel support material and accurate initial water pressure distribution. Additionally, the thermal, hydrological, and mechanical anisotropy of the Opalinus clay was well simulated. From the simulation results, we confirmed the applicability of the OGS-FLAC simulator in the disposal system analysis.
In this article, the static responses of layered magneto-electro-thermo-elastic (METE) plates in thermal environment have been investigated through FE methods. By using Reddy's third order shear deformation theory (TSDT) in association with the Hamilton's principle, the direct and derived quantities of the coupled system have been obtained. The coupled governing equations of METE plates have been derived through condensation technique. Three layered METE plates composed of piezoelectric and piezomagnetic phases are considered for evaluation. For investigating the correctness and accuracy, the results in this article are validated with previous researches. In addition, a special attention has been paid to evaluate the influence of different electro-magnetic boundary conditions and pyrocoupling on the coupled response of METE plates. Finally, the influence of stacking sequences, magnitude of temperature load and aspect ratio on the coupled static response of METE plates are investigated in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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