Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.253-261
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2005
In decades, a substantial body of work on a unified viscoplastic model which considers the mechanism of plastic deformation and creep deformation has developed. The systematic scheme for numerical analysis of unified model is necessary because the dominant failure mechanism is the defect growth and coalescence in materials. In the present study, the unified viscoplastic model for materials with defects suggested by Suquet and Michel was employed for numerical analysis. The constitutive equations are integrated based on the generalized mid-point rule and implemented into a finite element program (ABAQUS) by means of user-defined subroutine (UMAT). To evaluate the validity of the developed UMAT code and the assessment of the adopted viscoplastic model, the results obtained from the UMAT code was compared with the numerical reference solution and experimental data. The unit cell analysis also has been investigated to study the effect of strain rate, temperature, stress triaxiality and initial defect volume fraction on the growth and coalescence of the defect.
Subsea structures are always vulnerable to accidental risks induced by fishing gear, dropped objects, etc. This paper presents the design of a subsea manifold protective structure that protects against dropped object impacts. Probable dropped object scenarios were established considering the shapes and masses of the dropped objects. A design layout for the manifold protective structure was proposed, with detailed scantlings and material specifications. A method applicable to the pipelines specified in DNV-RP-F107(DNV, 2010) was applied to calculate the annual probabilities of dropped objects hitting the subsea manifold. Nonlinear finite element analyses provided the structural consequences due to the dropped object impacts such as the maximum deflections of the protective structure and the local fracture occurrences. A user-subroutine to implement the three-dimensional fracture strain surface was used to determine whether local fractures occur. The proposed protective structure was shown to withstand the dropped object impact loads in terms of the maximum deflections, even though local fractures could induce accelerated corrosion.
The problem on cyclic plate load tests was analyzed by finite element method using an anisotropic hardening constitutive model. The constitutive model was coded to user subroutine in ABAQUS. Using the result of the analysis, Young's moduli corresponding to various strain levels were evaluated by a back calculation method and were very similar to those of input. On the basis of the back calculation method plate loading tests were verified. As a result, deformation moduli could be evaluated practically from cyclic plate load tests with respect site conditions.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.3
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pp.155-168
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2015
No-load speed is an important performance factor for the safe operation of hydropower systems. In turbine design, the manufacturers must conduct several model tests to calculate the accurate value of no-load speed for the complete range of operating conditions, which are expensive and time-consuming. The present study presents steady and unsteady methods for calculating no-load speed of a Francis turbine. The steady simulations are implemented using a commercial flow solver and an iterative algorithm that relies on a smooth relation between turbine torque and speed factor. The unsteady method uses unsteady RANS simulations that have been integrated with a user subroutine to compute and return the value of runner speed, time step and friction torque. The main goal of this research is to evaluate and compare the two methods by calculating turbine dynamic parameters for three test cases consisting of high and medium head Francis turbines. Overall, the numerical results agreed well with experimental data. The unsteady method provided more accurate results in the opening angle range from 20 to 26 degrees. Nevertheless, the steady results showed more consistency than unsteady results for the three different test cases at different operating conditions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.11
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pp.865-873
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2013
In this paper, numerical methods for wrinkle prediction of thin membrane were studied by finite element analysis. Techniques using membrane and shell elements were applied for triangular membrane. In case of membrane element method, the wrinkling was accounted for by the wrinkle algorithm of property modification, which was implemented to ABAQUS as a user subroutine. In case of shell method, geometrically nonlinear post-buckling analysis was performed to obtain the wrinkle deformation explicitly. The wrinkling deformation was induced by seeding the mesh with a random geometric imperfection. The results were investigated focusing on the mesh convergence and the solution accuracy.
HIP diffusion bonding of Ni-based superalloys, cast Mar-M247 (MM247) and Udimet 720 (U720) powder, was experimentally and numerically studied. Subsolvus HIP treatment was optimized by investigating the variations of high temperature tensile properties of HIP-bonded specimens with powder size, HIP'ing time, etc. While the tensile strength at high temperatures showed no detectable changes, the tensile elongation and reduction in area were slightly increased as the powder size decreased from -140 mesh to -270 mesh. While as-HIP'ed U720 showed a high tensile strength comparable to that of lorded U720 alloy, the HIP diffusion-bonded specimen showed a strength lower than the forged U720 alloy and the cast MM247 alloy The increase of HIP'ing tune from 2 hours to 3 hours resulted in a rapid risc of tensile strength and elongation due to the disappearence of microvoids in the cast MM247. FEM simulation for HIP process was conducted by applying the McMeeking micromechanical model, which uses power-law creep model as constitutive equations. ABAQUS user subroutine CREEP with an implemented microscopic model was used for the simulation. Numerical simulation was shown to be essential for the near-net shape manufacturing as well as the HIP process optimization.
Ductile fracture prediction is critical for the reasonable damage extent assessment of ships and offshore structures subjected to accidental loads, such as ship collisions and groundings. A fracture model combining the Hosford-Coulomb ductile fracture model with the domain of solid-to-shell equivalence model (HC-SDDE), was used in fracture simulations based on shell elements for the punching fracture experiments of unstiffened and stiffened panels. The flow stress and ductile fracture characteristics of JIS G3131 SPHC steel were identified through tension tests for flat bar, notched tension bar, central hole tension bar, plane strain tension bar, and pure shear bar specimens. Punching fracture tests for unstiffened and stiffened panels are conducted to validate the presented HC-DSSE model. The calibrated fracture model is implemented in a user-defined material subroutine. The force-indentation curves and final damage extents obtained from the simulations are compared with experimental results. The HC-DSSE fracture model provides reasonable estimations in terms of force-indentation paths and residual damage extents.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.3
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pp.133-142
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2010
The present work focuses on the characterization of material parameters of the Overlay(multilinear hardening) model for analyzing the non-isothermal cyclic deformation. In the previous study, all the parameters were especially based on the Overlay theories, and a simple method was suggested to find out the best material parameters for the isothermal cyclic deformation analysis. Based on the previous research this paper f dther improves the isothermal parameters and suggests how to apply the isothermal parameters to the non-isothermal conditions especially for the description of TMF(Thermo-Mechanical Fatigue) hysteresis behavior. The parameters are determined and calibrated using 400 series stainless steel test data in the reference papers. For the implementation into ABAQUS, a user subroutine is developed by means of ABAQUS/UMAT. The finite element results show good agreement with test for the case of uniaxial non-isothermal cyclic loading, signifying the proposed method can be used in the TMF analysis of the converter-inserted heavy duty muffler system and the stainless steel exhaust-manifold system which are to be done in our future research.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.05a
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pp.151-155
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2006
Elastic-viscoplastic structural analysis is performed for regenerative cooling chamber of liquid rocket thrust chamber using Bodner-Partom visco-plastic model. Strain rate test was also conducted for a copper alloy at various temperatures in order to get material constants of visco-plastic model used in the structural analysis. Material constants of visco-plastic model were obtained from strain rate test results and visco-plsstic model was incorporated into finite element program, Marc, by means of user subroutine. The structural analysis results indicate that the deformation of cooling channel is mostly caused by thermal loading rather than pressure loading and confirmed structural stability of the cooling channel under operating condition.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.10
no.4
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pp.69-76
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2006
Elastic-viscoplastic structural analysis has been performed for regenerative cooling chamber of liquid rocket thrust chamber using Bodner-Partom visco-plastic model. Strain rate test was conducted for a copper alloy at various temperatures in order to get material constants of visco-plastic model used in the structural analysis. Material constants of visco-plastic model were obtained from strain rate test results and visco-plastic model was incorporated into finite element program, Marc, by means of a user subroutine. The structural analysis results indicated that the deformation of cooling channel is mostly caused by thermal loading rather than pressure loading and confirmed structural stability of the cooling channel under the operating condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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