Do-Young Kim;Chang-Hoon Sim;Jae-Sang Park;Joon-Tae Yoo;Young-Ha Yoon;Keejoo Lee
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.5
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pp.419-429
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2023
This study conducts numerical analyses of a thin-walled composite cylinder under axial compression and internal pressure of 10 kPa. Numerical vibration correlation technique and nonlinear postbuckling analyses are conducted using the nonlinear finite element analysis program, ABAQUS. The single perturbation load approach and measured imperfection data are used to represent the geometric initial imperfection of thin-walled composite cylinder. The buckling knockdown factors are derived using present initial imperfection and analysis methods under axial compression without and with the internal pressure. Furthermore, the buckling knockdown factors are compared with the buckling test and computation time are calculated. In this study, derived buckling knockdown factors in present study have difference within 10% as compared with the buckling test. It is shown that nonlinear postbuckling analysis can derive relatively accurate buckling knockdown factor of present thin-walled cylinders, however, numerical vibration correlation technique derives reasonable buckling knockdown factors compared with buckling test. Therefore, this study shows that numerical vibration correlation technique can also be considered as an effective numerical method with 21~91% reduced computation time than nonlinear postbuckling analysis for the derivation of buckling knockdown factors of present composite cylinders.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.463-474
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1995
Modified Vainshtok weight function method is developed. The thermal shock stress intensity factors for elliptical surface cracks existed in the thin and thick walled cylinders are determined. The present results are compared with previous solutions and shown to be good agreement with them.
In this paper a transfer method model was introduced in order to analyze critical speeds and vibration modes of a flexible rotor system, whose rotor shaft is cupped into and fitted with a thin-walled cylinder at its end. The computed analysis results were compared with those of the experimental modal test. Both results show good agreement each other. Furthermore the free-run(or run-down) test result for the real rotor system also shows that the proposed transfer matrix method modelling can be successfully applicable to analyzing accurate critical speeds(or natural frequencies) of the rotor system.
A simple approximation method for the stress intensity factor at the tip of the axial semielliptical cracks on the cylindrical vessel is developed. The approximation methods, incorporated in VINTIN (Vessel INTegrity analysis-INner flaws), utilizes the influence coefficients to calculate the stress intensity factor at the crack tip. This method has been compared with other solution methods including 3-D finite element analysis for internal pressure, cooldown, and pressurized thermal shock loading conditions. For these, 3-D finite-element analyses are performed to obtain the stress intensity factors for various surface cracks with t/R=0.1. The approximation solutions are within $\pm2.5%$ of the those of finite element analysis using symmetric model of one-forth of a vessel under pressure loading, and 1-3% higher under pressurized thermal shock condition. The analysis results confirm that the approximation method provides sufficiently accurate stress intensity factor values for the axial semi-elliptical flaws on the surface of the reactor pressure vessel.
As an integral part of the probabilistic fracture mechanics analysis, stress intensity factor calculation scheme for semi-elliptical surface flaws in thin-walled cylinder has been introduced. The approximation solution utilizes the influence coefficients to calculate the stress intensity factor at the crack tip. This method has been compared with other solution methods including 3-D finite element analysis for cooldown boundary condition. The analysis results confirmed that the simplified methods provided sufficiently accurate stress intensity factor values for axial semi-elliptcal flaws on the surface of the reactor pressure vessel.
Kunlong Tian;Chao Zhao;Yi Zhou;Xingu Zhong;Xiong Peng;Qunyu Yang
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.1
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pp.75-86
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2024
In this paper, the porous metal PM-35 is proposed as the filler material of filled thin-walled tubes (FTTs), and a series of experimental study is conducted to investigate the dynamic behavior and energy absorption performance of PM-35 filled thin-walled tubes under impact loading. Firstly, cylinder solid specimens of PM-35 steel are tested to investigate the impact mechanical behavior by using the Split Hopkinson pressure bar set (SHP); Secondly, the filled thin-walled tube specimens with different geometric parameters are designed and tested to investigate the feasibility of PM-35 steel applied in FTTs by the orthogonal test. According to the results of this research, it is concluded that PM-35 steel is with the excellent characteristics of high energy absorption capacity and low yield strength, which make it a potential filler material for FTTs. The micron-sizes pore structure of PM-35 is the main reason for the macroscopic mechanical behavior of PM-35 steel under impact loading, which makes the material to exhibit greater deformation when subjected to external forces and obviously improve the toughness of the material. In addition, PM-35 steel core-filled thin-wall tube has excellent energy absorption ability under high-speed impact, which shows great application potential in the anti-collision structure facilities of high-speed railway and maglev train. The parameter V0 is most sensitive to the energy absorption of FTT specimens under impact loading, and the sensitivity order of different variations to the energy absorption is loading speed V0>D/t>D/L. The loading efficiency of the FTT is affected by its different geometry, which is mainly determined by the sleeve material and the filling material, which are not sensitive to changes in loading speed V0, D/t and D/L parameters.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.19
no.4
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pp.61-71
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1995
Nowadays the thin-walled metal bearing, which is made seperately from the bearing housing and has the ratio of wall thickness/bearing diameter being less than 1/30, are used in many newly developed large-sized slow speed diesel engines for the purpose of upgarding lubication performance and easy maintenance according to the trends of increasing output per cylinder and lowering engine speed. The type of this bearing has been used generally in many small-sized high speed engines applied for automobile, high speed craft and industrial power generation systems since 1950s. But the tranditional thick-walled bearings, whice are linned white metal on the bearing housing directly, have been installed on the large and slow speed engines until 1990s due to the easy manufacturing procedures. In this study we have calculated optimum dimensions of the metal bearing, fabricated special zigs for crush measurement, model test machine, 2 sets of specimens.(crosshead pin bearing, $\phi$818*552*20mm) for B & W 6S70MC(20, 940*88rpm), and evaluated metal constact phenomena of white metal, its friction coefficient, temparature rise through the model test and field performance test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.10
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pp.1686-1694
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2003
The foam-filled tube beams can be used for the front rail and firewall structures to absorb impact energy during frontal or side collision of vehicles. In the case of side collision where bending is involved in the crushing mechanism, the foam filler would be effective in maintaining progressive crushing of the thin-walled structures so that much impact energy could be absorbed. In this study, bending behaviors of the closed-cell-aluminum-alloy-foam-filled stainless steel tube were investigated. The various foam-filled specimens including piecewise fillers were prepared and tested. The aluminum-alloy-foam filling offered the significant increase of bending resistance. Their suppression of the inward fold formation at the compression flange as well as the multiple propagating folds led to the increase of load carrying capacity of specimens. Moreover, the piecewise foams would provide the easier way to fill the thin-walled shell structures without the drawback of strength.
A brake device for the high-speed impacting object is designed using an axial crushing of thin-walled metal cylinder. Thickness of the cylinder is increased smoothly from the impacting end to the fixed end, resulting in the truncated cone shape. Truncated cone shape minimizes the imperfection-sensitivity of the structure and ensures that plastic hinges are formed sequentially from impacting end. This prevents the undesirable sudden rise in the first peak-crushing load. Several specimens with different conic angles, mean thickness of the wall, and materials were designed and quasi-static compression tests were performed on them. Results indicate that adoption of appropriate conic angle prevents simultaneous wrinkles generation and sudden rise of crushing load and that appropriate conic angle differs in each case, depending on the geometry and material property of the cylinder. Finite element analysis was performed for static compression of the cylinder and its accuracy was checked for the future application.
Potential applications of foam-filled section are the automotive structures. A foam-filled section can be used for the front rail and firewall structures to absorb impact energy during frontal or side collision. In the case of side collision where bending is involved in the crushing mechanics, the foam filler will be significant in maintaining progressive crushing of the thin-walled structures so that more impact energy can be absorbed. In this study, the manufacturing process of closed cell aluminum alloy foam filled stainless steel tube was studied, and the various foam filled specimens including piecewise fillers were prepared, tested and discussed about the bending behaviors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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