Injection molding is the most widely used process fir the industrial forming of plastic articles. During an injection molding process of composites, the fiber-matrix separation and fiber orientation are caused by the flow of molten polymer/fiber mixture. As a result. the product tends to be nonhomogeneous and anisotropic. Hence, it is very important to clarify the relations between separation orientation and injection molding conditions. So far, there is no research on the measurement of fiber orientation using image processing. In this study, the effects of fiber content ratio and molding condition on the fiber orientation-angle distributions are studied experientially. Using the image processing method, the fiber orientation distribution of welding pars in injection-molded products is assessed. And the effects of fiber content and injection mold shapes on the fiber orientation in case of fiber reinforced polymeric composites are studied experimentally.
Structural vibration and noise are hot issues in underwater vehicles such as submarines for their survivability. Therefore, active vibration and noise control of submarine, which can be modeled as hull structure, have been conducted by the use of piezoelectric materials. Traditional piezoelectric materials are too brittle and not suitable to curved geometry such as hull structures. Therefore, advanced anisotropic piezoceramic actuator named as Macro-Fiber Composite (MFC), which can provide great flexibility, large induced strain and directional actuating force is adopted for this research. In this study, dynamic model of the smart hull structure is established and active vibration control performance of the smart hull structure is evaluated using optimally placed MFC. Actuating performance of MFC is evaluated by finite element analysis and dynamic modeling of the smart hull structure is derived by finite element method considering underwater condition. In order to suppress the vibration of hull structure, Linear-Quadratic-Gaussian (LQG) algorithm is adopted. After then active vibration control performance of the proposed smart hull structure is evaluated with computer simulation and experimental investigation in underwater. Structural vibration of the hull structure is decreased effectively by applying proper control voltages to the MFC actuators.
The purpose of this paper is to study the thermal and mechanical characteristics of HTS (high temperature superconductor) field magnet according to the design of a small size superconducting rotor without insulation. First, basic design data of superconducting rotor were acquired through electromagnetic analysis. Based on these data, analysis regarding mechanical and thermal characteristics of HTS field magnet was executed. Anisotropic condition was considered in the mechanical characteristics of HTS field magnet. Average values of specific heat and heat conductivity up to 30 K were used during the analysis of thermal characteristics. Analysis results show superior mechanical and thermal characteristics of insulationless HTS field magnet compared with insulated HTS field magnet.
A new, commercially available polishing process called magnetorheological finishing is used to polish and figure precision optics. To understand and model this process correctly it is important to determine the mechanical properties of the fluid under the influence of the magnetic field. Magnetorheological (MR) fluids are commonly modeled as Bingham fluids, so one of the essential properties to measure is the yield stress. Since MR fluids are inherently anisotropic, the yield stress will depend on the mutual orientation of the magnetic field and the direction of deformation. The relative orientation of the field and deformation in polishing does not coincide with common rheological setups, so a new rheometer has been designed and tested. This new magnetorheometer design has been shown to give correct stresses during calibration experiments using Newtonian fluids with a known viscosity. The measured stress has also been shown to have a magnitude consistent with published finite element approximations for magnetic fluids. The design of the instrument was complicated because of the requirements imposed upon the magnetic field, and the difficulty in satisfying the no slip boundary condition. Our results show the importance of having a homogeneous field in the test region during measurements. The solutions to these problems and discussion of the measurements on nonmagnetic and magnetic fluids are given.
Shang, Shen;Yun, Gun Jin;Kunchum, Shilpa;Carletta, Joan
Structural Engineering and Mechanics
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제45권4호
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pp.471-494
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2013
In this paper, identification of isotropic and orthotropic linear elastic material constitutive parameters has been demonstrated by a FEA-free energy-based inverse analysis method. An important feature of the proposed method is that it requires no finite element (FE) simulation of the tested material. Full-field displacements calculated using digital image correlation (DIC) are used to compute DIC stress fields enforcing the equilibrium condition and DIC strain fields using interpolation functions. Boundary tractions and displacements are implicitly recast into an objective function that measures the energy residual of external work and internal elastic strain energy. The energy conservation principle states that the residual should be zero, and so minimizing this objective function inversely identifies the constitutive parameters. Synthetic data from simulated testing of isotropic materials and orthotropic composite materials under 2D plane stress conditions are used for verification of the proposed method. When identifying the constitutive parameters, it is beneficial to apply loadings in multiple directions, and in ways that create non-uniform stress distributions. The sensitivity of the parameter identification method to noise in both the measured full-field DIC displacements and loadings has been investigated.
This study is focused on modeling to predict the behavior of two-way RC slabs. A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of RC slabs. The numerical approach is based on the p-version degenerate shell element including theory of anisotropic laminated composites, theory of materially and geometrically nonlinear plates. In the nonlinear formulation of this model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflections and moderate rotations being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model is based on the Kuper's yield criterion, hardening rule, and crushing condition. The validity of the proposed p-version nonlinear RC finite element model is demonstrated through the load-deflection curves and the ultimate loads. It is shown that the proposed model is able to adequately predict the deflection and ultimate load of two-way slabs with respect to steel arrangements and steel ratios.
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of tunnel. Tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysedby 2-D and 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of tunnel face can be possible.
This paper reports on the fabrication of free-standing microstructures by DRIE (deep reactive ion etching). SOI (Si-on-insulator) structures with buried cavities are fabricated by SDB (Si-wafer direct bonding) technology and electrochemical etch-stop. The cavity was formed the upper handling wafer by Si anisotropic etch technique. SDB process was performed to seal the formed cavity under vacuum condition at -760 mmHg. In the SDB process, captured air and moisture inside of the cavities were removed by making channels towards outside. After annealing (100$0^{\circ}C$, 60 min.), the SDB SOI structure with a accurate thickness and a good roughness was thinned by electrochemical etch-stop in TMAH solution. Finally, it was fabricated free-standing microstructures by DRIE. This result indicates that the fabrication technology of free-standing microstructures by combination SDB, electrochemical etch-stop and DRIE provides a powerful and versatile alternative process for high-performance bulk micromachining in MEMS fields.
This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.
Injection molding is a very important industrial process for the manufacturing of plastics objects. During an injection molding process of composites, the fiber-matrix separation and fiber orientation are caused by the flow of molten polymer/fiber mixture. As a result, the product tends to be nonhomogeneous and anisotropic. Hence, it is very important to clarify the relations between separation orientation and injection molding conditions. So far, there is no research on the measurement of fiber orientation using image processing. In this study, the effects of fiber content ratio and molding condition on the fiber orientation-angle distributions are studied experimentally. Using the image processing method, the fiber orientation distribution of weld-line parts in injection-molded products is assessed. And the effects of fiber content and injection molding conditions on the fiber orientation functions are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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