This paper reports the numerical investigation conducted to study the influence of Local-Distortional (L-D) interaction mode buckling on post buckling strength erosion in fixed ended lipped channel cold formed steel columns. This investigation comprises of 81 column sections with various geometries and yield stresses that are carefully chosen to cover wide range of strength related parametric ratios like (i) distortional to local critical buckling stress ratio ($0.91{\leq}F_{CRD}/F_{CRL}{\leq}4.05$) (ii) non dimensional local slenderness ratio ($0.88{\leq}{\lambda}_L{\leq}3.54$) (iii) non-dimensional distortional slenderness ratio ($0.68{\leq}{\lambda}_D{\leq}3.23$) and (iv) yield to non-critical buckling stress ratio (0.45 to 10.4). The numerical investigation is carried out by conducting linear and non-linear shell finite element analysis (SFEA) using ABAQUS software. The non-linear SFEA includes both geometry and material non-linearity. The numerical results obtained are deeply analysed to understand the post buckling mechanics, failure modes and ultimate strength that are influenced by L-D interaction with respect to strength related parametric ratios. The ultimate strength data obtained from numerical analysis are compared with (i) the experimental tests data concerning L-D interaction mode buckling reported by other researchers (ii) column strength predicted by Direct Strength Method (DSM) column strength curves for local and distortional buckling specified in AISI S-100 (iii) strength predicted by available DSM based approaches that includes L-D interaction mode failure. The role of flange width to web depth ratio on post buckling strength erosion is reported. Then the paper concludes with merits and limitations of codified DSM and available DSM based approaches on accurate failure strength prediction.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
Soils in the sloping uplands in Korea are subject to intensive land use with high input of agrochemicals and are vulnerable to soil erosion. Development of the environmentally sound land management strategy is essential for a sustainable production system in the sloping upland. This report addresses the status of upland agriculture and the best management practices for the uplands toward the sustainable agriculture. More than 60% of Korean lands are forest and only 21% are cultivating paddy and upland. Uplands are about 7% of the total lands and about 62% of the uplands are in the slopes higher than 7%. Due to the site-specificity of the upland, many managerial and environmental problems are occurring, such as severe erosion, shallow surface soils with rocky fragments, and loadings of non-point source (NPS) contaminants into the watershed. Based on the field trials, most of the sloping uplands were classified as Suitability Class III-V and the major limiting factor was slope and rock fragments. Due to this, soils were over-applied with N fertilizer, even though N rate was the recommendation. This resulted in decreases in yield, degradation of soil quality and increases in N loading to the leachate. Various case studies drew management practices toward sustainable production systems. The suggested BMP on the managerial, vegetative, and structural options were to practice buffer strips along the edges of fields and streams, winter cover crop, contour and mulching farming, detention weir, diversion drains, grassed waterway, and slope arrangement. With these options, conservation effects such as reductions in raindrop impact, flow velocity, runoff and sediment loss, and rill and gully erosion were observed. The proper management practice is a key element of the conservation of the soil and water in the sloping upland.
Clinical application of composite resin recently draw great concerns in dentistry. Especially due to advantages such as esthetics, adhesiveness, simple clinical procedures, various shapes and kinds of composite resins are widely being applied to prosthodontics, conservative dentistry, and orthodontics. But, clinical problems attributable to the polymerization shrinkage of composite resin have been proposed, and we have to regard clinical problems such as secondary caries, loss of restoration, fracture of the surrounding tooth structure, marginal discoloration, and tooth sensitivity, and many portions are remained to be overcome. Therefore, this study attempts to analyze stress distribution between resin and tooth structure which is generated during polymerization shrinkage of composite resin using three dimensional finite element method. Three dimensional finite element models with conventional box-shape cavity and erosion/abrasion type V-shape lesion cavity in upper central incisor were developed. These cavities were filled with four different types of placement techniques. (bulk filling, horizontal increment filling, oblique occlusal increment filling, oblique gingival increment filling) The stresses generated by polymerization shrinkage of composite resin were calculated. The results analyzed with three dimensional finite element method were as follows : 1. The increment filling technique showed the highest maximum normal stress in both conventional box-shape and V-shape cavities and showed a tendency to decrease after complete polymerization. 2. The bulk filling technique resulted in increased stresses during the curing process in both conventional box-shape and V-shape cavities and the highest maximum normal stress occurred after complete polymerization. 3. The bulk filling resulted in the lowest maximum normal stress in both box-shape and V-shape cavities 4. Regardless of placement method, in conventional box-shape cavity, the maximum normal stress increased in dentin floor, enamel, dentin sequence and in V-shape cavity, the maximum normal stress increased in enamel, dentin sequence.
The method of the edge detection algorithm based on grayscale mathematical morphology has the advantage that image noise can be removed and processed in parallel, and the operation speed is fast. However, the method of detecting the edge of an image using a single structural scale element may be affected by image information. The characteristics of grayscale morphology may be limited to the edge information result of the operation result by repeatedly performing expansion, erosion, opening, and containment operations by repeating structural elements. In this paper, we propose an edge detection algorithm that applies a structural element with strong directionality to noise and then applies weighted entropy to each pixel information in the element. The result of applying the multi-scale structural element applied to the image and the result of applying the directional weighted entropy were compared and analyzed, and the simulation result showed that the proposed algorithm is superior in edge detection.
An Joong-Hyok;Kim Yun-Jae;Yoon Kee-Bong;Ma Young-Wha
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.5
s.248
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pp.533-542
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2006
In order to assess the integrity of pipes with local thinning area, the plastic strain as well as the elastic strain at the root of thinned region are required particularly when fluctuating load is applied to the pipe. For estimating elastic-plastic strain at local wall thinning area in a straight pipe under tensile load, an estimation model with idealized fully circumferential constant depth wall thinning area is proposed. Based on the compatibility and equilibrium equations a nonlinear estimation equation, from which local elastic-plastic strain can be determined as a function of pipe/defect geometry, material and the applied strain was derived. Estimation results are compared with those from detailed elastic-plastic finite element analysis, which shows good agreements. Noting that practical wall thinning in nuclear piping has not only a circular shape but also a finite circumferential length, the proposed solution for the ideal geometry is extended based on two-dimensional and three-dimensional numerical analysis of pipes with circular wall thinning.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.11
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pp.106-113
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1996
Using stainless steel as the cold forged parts especially the outer parts of automobile is gradually increasing because it can bear up against the erosion and the wear. During cold forging of the stainless steel the working pressure acting on die surface are very high therefore the wear on die surface can be greatly increased. In cold forging processes, die failure must be considered before die design. One of the main reasons of die failure in industrial application of metal forming technologies is wear. The die wear affects the tolerances of forged parts, metal flow and costs of processes etc. The only way to to control these failures is to develop methods which allow prediction of the die wear and which are suited to be used in the desing stage in order to optimize the process. In this paper, the rigid-plastic finite element method was combined with the wear prediction routine and then the forward extrusion process using stainless steel was analysed simultaneously. To minimize the die wear the FPS algorithm was applied and the optimal conditions of die configuration are suggested.
The usage of sandwich structure is extensively increasing in lightweight protective structures due to its low density and other useful properties. Sandwich panels made of metal sheets with unfilled cellular cores are found to exhibit lower deflections by comparing to an equivalent monolithic plate of same metal and similar mass per unit density. However, the process of localized impact on solid structures involving plastic deformation, high strain rates, temperature effect, material erosion, etc. does not hold effectively as that of monolithic plate. In present work, the applications of the sandwich plate with corrugated core have been extended to develop optimized lightweight armour using foam as medium of its core by explicit finite element analysis (FEA). The mechanisms of hardened steel projectile penetration of aluminum corrugated sandwich panels filled with foams have been numerically investigated by finite element analysis (FEA). A comparative study is done for the triangular corrugated sandwich plate filled with polymeric foam and metallic foam with different densities in order to achieve the optimum penetration resistance to ballistic impact. Corrugated sandwich plates filled with metallic foams are found to be superior when compared to the polymeric one. The optimized results are then compared with that of equivalent solid and unfilled cores structure to observe the effectiveness of foam-filled corrugated sandwich plate which provides an effective resistance to ballistic response. The novel structure can be the alternative to solid aluminum plate in the applications of light weight protection system.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.11a
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pp.242-246
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2004
Effects of circumferentially local wall thinning on the fracture behavior of pipes were investigated by monotonic four-point bending. Local wall thinning was machined on the pipes in order to simulate erosion/corrosion metal loss. The configurations of the eroded area included an eroded ratio of d/t= 0.2, 0.5, 0.6, and 0.8, and an eroded length of I = 10 mm, 25 mm, and 120 mm. Fracture type could be classified into ovalization, local buckling, and crack initiation depending on the eroded length and eroded ratio. Three-dimensional elasto-plastic analyses were also carried out using the finite element method, which is able to accurately simulate fracture behaviors excepting failure due to cracking. It was possible to predict the crack initiation point by estimating true fracture ductility under multi-axial stress conditions at the center of the eroded area.
Eltaher, Mohamed A.;Attia, Mohamed A.;Soliman, Ahmed E.;Alshorbagy, Amal E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.1
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pp.97-111
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2018
Cracking can lead to unexpected sudden failure of normally ductile metals subjected to a tensile stress, especially at elevated temperature. This article is raised to study the application of a composite material instead of the traditional carbon steel material used in the natural gas transmission pipeline because the cracks occurs in the pipeline initiate at its internal surface which is subjected to internal high fluctuated pressure and unsteady temperature according to actual operation conditions. Functionally graded material (FGM) is proposed to benefit from the ceramics durability and its surface hardness against erosion. FGM properties are graded at the radial direction. Finite element method (FEM) is applied and solved by ABAQUS software including FORTRAN subroutines adapted for this case of study. The stress intensity factor (SIF), temperatures and stresses are discussed to obtain the optimum FGM configuration under the actual conditions of pressure and temperature. Thermoelastic analysis of a plane strain model is adopted to study SIF and material response at various crack depths.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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