A finite element method is employed fer a flow analysis of the melt spinning process of a non-circular fiber, a PET(polyethylene terephthalate) filament. The flow field is divided into two regions of die channel and spin-line. A two dimensional analysis is used for the flow within the die channel and a three dimensional analysis fur the flow along the spin-line. The Newtonian fluid is assumed for the PET melt and material properties are considered to be constant except for the viscosity. Effects of gravitation, air drag force, and surface tension are neglected. Although the spin-line length is 4.5 m only five millimeters from the spinneret are evaluated as the domain of the analysis. Isothermal and non-isothermal cases are studied fer the flow within the die channel. The relationship between the mass flow rate and the pressure gradient is presented for the two cases. Three dimensional flow along the spin-line is obtained by assuming isothermal conditions. It is shown that changes in velocity and cross-sectional shape occur mostly in the region of 1mm from the die exit.
This paper proposes a hybrid-excited linear synchronous motor (LSM) that has potential applications in a magnetically levitated vehicle. The levitation and thrust force characteristics of the LSM are investigated by means of three-dimensional (3-D) numerical electromagnetic FEM calculations and experimental verification. Compared to a conventional LSM with electromagnets, a hybrid-excited LSM can improve levitation force/weight ratios, and reduce the power consumption of the vehicle. Because the two-dimensional (2-D) FE analysis model describes only the center section of the physical device, it cannot express the complex behavior of leakage flux, which this study is able to predicts along with levitation and thrust force characteristics by 3-D FEM calculations. A static force tester for a hybrid-excited LSM has been manufactured and tested in order to verify these predictions. The experimental results confirm the validity of the 3-D FEM calculation scheme for the description of a hybrid-excited LSM.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.12
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pp.1338-1346
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2009
We present a one-dimensional annular plate element with which the in-plane vibration of full disks can be analyzed efficiently and accurately by using the FEM. Its elementary mass matrix and stiffness matrix are derived, respectively, from the virtual work by effective forces and the virtual strain energy. The static deformation modes obtained from an integration of the differential equilibrium equations of the annular plate are used as interpolation functions of the one-dimensional annular plate element. The in-plane natural vibration characteristics of a 2-step full disk and a uniform full disk are analysed. Its results are compared with the results obtained by utilizing two-dimensional 8-node quadrilateral plane elements and cyclic symmetry of the disk. And also, by comparing with the theoretical results of previous researchers, the efficiency and accuracy of the presented element are verified.
The strain state during the continuous confined strip shearing (CCSS) based on ECAP was tackled by means of a two-dimensional FEM analysis. The deformation of AA 1100 sheet in the CCSS apparatus was composed of three distinct processes of rolling, bending and shearing. The pronounced difference in the friction conditions on the upper and lower roll surfaces led to the different variation of the strain component ${epsilon}_13$ throughout the thickness of the aluminum sheet. Strain accompanying bending was negligible because of a large radius of curvature. The shear deformation was concentrated at the corner of the CCSSchannel where the abrupt change in the direction of material flow occurred. The process variables involving the CCSS-die design and frictions between tools and strip influenced the evolution of shear strains during CCSS.
The continuous confined strip shearing (CCSS) based on the equal channel angular pressing (ECAP) was modeled by means of a rigid-plastic two-dimensional finite element method (FEM). Parallel to the simulations, samples of AA 1050 sheets were experimentally deformed by CCSS. The CCSS deformation led to the formation of through thickness texture gradients comprising a strong shear texture in the sheet center and weak shear textures in the sheet surfaces. FEM analysis revealed variations in the strain component $\varepsilon_13$ along the sample thickness direction, which gave rise to the evolution of different textures. A high friction between the sample and die surface was responsible for lowering intensities of the shear texture components in thickness layers close to the surfaces.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.10
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pp.4713-4718
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2013
Nowadays, three-dimensional computer added design(3D CAD) tool are widely and actively used for design of mechanical machine. Because using the tool is more effective to understand design concept and to collaborate with other operation than using two-dimensional design tool. In this study, the 3D CAD tool which is called I-DEAS was applied for three-dimensional modeling of main parts and assembling of modeled parts for identification the entire shape of a injection molding machine. In addition, a study was also performed regarding reduction for the weight of main plates for saving production cost and energy in the machine. A finite element method(FEM) program in I-DEAS tool was used for the improvement study. First, the current main plates were structural analysed and then the plate deformations, weak regions and stress distributions were graped. By the FEM results, the 2nd improved designing of the plates was conducted such as reinforcement or slimming of the plate wall thickness. The 2nd structural FEM was performed for verification of the redesigned plates and then the FEM results were compared with the 1st FEM's result. The weight of the main plates were averagely reduced approximately 3 - 7%. By these results, it was seemed that the improved plates have a useful availability.
This paper presents a comparative study of analytical method and finite element method (FEM) for analysis of a continuous contact problem. The problem consists of two elastic layers loaded by means of a rigid circular punch and resting on semi-infinite plane. It is assumed that all surfaces are frictionless and only compressive normal tractions can be transmitted through the contact areas. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. Then, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two dimensional analysis of the problem is carried out. The contact stresses under rigid circular punch, the contact areas, normal stresses along the axis of symmetry are obtained for both solutions. The results show that contact stresses and the normal stresses obtained from finite element method (FEM) provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Also, the contact areas obtained from finite element method are very close to results obtained from analytical method; disagree by 0.03-1.61%. Finally, it can be said that there is a good agreement between two methods.
Kim, Sang-Ho;Han, Kun-Yeun;Choi, Seung-Yong;Oh, Hyun-Uk
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2008.05a
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pp.624-628
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2008
Two-dimensional flow analysis is a way to provide good estimates for complex flow features in flow around islands and obstructions, flow at confluence and flow in braided channel. One of difficult problems to develop a two-dimensional hydraulic model is to analyze dry and wet area in river channel. Dry/wet problem can be encountered in river and coastal engineering problems, such as flood propagation, dam break analysis, tidal processes and so on. The objective of this study is to develop an accurate and robust two-dimensional finite element method with dry/wet technique in complex natural rivers. The dry/wet technique with Deforming Grid Method was developed in this study. The Deforming Grid Method was used to construct new mesh by eliminating of dry nodes and elements. The eliminated nodes and elements were decided by considering of the rising/descending velocity of water surface elevation. Several numerical simulations were carried out to examine the performance of the Deforming Grid Method for the purpose of validation and verification of the model in rectangular and trapezoidal channel with partly dry side. The application results of the model were displayed reasonable flow distribution.
In the case of two-dimensional analysis generally applied in the analysis of Earth Retaining Wall, mutual interference occurs due to earth pressure, when the excavation width is small, and in the section where the excavation width is small, and the resulting influence makes it difficult to secure reliability in the horizontal displacement of the retaining wall when performing 2-dimensional analysis in a section with a small excavation width. This study performed two-dimensional and three-dimensional finite element analyses on excavation depth (H) and excavation width (B) under various conditions for the H-pile earth wall, in the geological conditions of clayey soil, sandy soil, and weathered rock, and examined the relationship between excavation width and horizontal displacement according to each condition, to identify the boundary of the excavation width, which is the range of mutual interference caused by earth pressure. As a result, it was possible to clearly distinguish the analytical boundary according to the excavation width only in the clayey soils with relatively large horizontal displacement. It is concluded that it is reasonable to perform a 3D finite element analysis, which is similar to the actual behavior, if the excavation scale (B/H) is 2.0 or less, with the digging width less than 12 m at a digging depth of 10 m or less, and with the the one less than 24 m at a digging depth of 10 m or more, and that 2-dimensional finite element analysis may be used in cases where the excavation width is greater than 12 m when the excavation scale (B/H) is 2.0 or more and the excavation depth is 10 m or less, and the excavation width is greater than 24 m at an excavation depth of 10 m or more.
Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) has been developed by applying stress analysis to determine the stress intensity factor (SIF, K). The finite element method (FEM) is widely used as a standard tool for evaluating the SIF for various crack configurations. The prediction accuracy can be achieved by applying an adaptive Delaunay triangulation combined with a FEM. The solution can be solved using either direct or iterative solvers. This work adopts the element-by-element preconditioned conjugate gradient (EBE-PCG) iterative solver into an adaptive FEM to solve the solution to heal problem size constraints that exist when direct solution techniques are applied. It can avoid the formation of a global stiffness matrix of a finite element model. Several numerical experiments reveal that the present method is simple, fast, and efficient compared to conventional sparse direct solvers. The optimum convergence criterion for two-dimensional LEFM analysis is studied. In this paper, four sample problems of a two-edge cracked plate, a center cracked plate, a single-edge cracked plate, and a compact tension specimen is used to evaluate the accuracy of the prediction of the SIF values. Finally, the efficiency of the present iterative solver is summarized by comparing the computational time for all cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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