Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.20
no.2
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pp.195-204
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2017
Predicting the failure life of automated manufacturing systems can reduce overall downtime, maintenance costs, and total plant operation costs. Therefore, there is a growing interest in fatigue failure mechanisms as the safety or service life assessment of manufacturing systems becomes an important issue. In particular, fretting fatigue is caused by repeated tangential stresses that are generated by friction during small amplitude oscillatory movements or sliding between two surfaces pressed together in intimate contact. Previous studies in fretting fatigue have observed size effects related to contact width such that a critical contact width exists where there is drastic change in the fretting fatigue life. However, most of them are the two-dimensional finite element analyses based on the plane strain assumption. The purpose of this study is to investigate the contact size effects on the three-dimensional finite element model of a finite width of a flat specimen and a cylindrical pad exposed to fretting fatigue. The contact size effects were analyzed by means of the stress and strain averages at the element integration points of three-dimensional finite element model. This study shows that the fretting fatigue life of manufacturing systems can be predicted by three-dimensional finite element analysis based on SWT critical plane model.
Yeong Jun Yu;Young Chul An;Kwang-Hee Lee;Joeng Hyun Park;Daeyup Lee;Chul-Hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.20
no.2
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pp.24-30
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2023
This study aimed to analyze the fatigue of forklifts in industrial settings by assessing their stress levels during operation. Strain gauges were affixed to the dynamic components of the forklifts to gather real-time data and enhance the reliability of the analysis. Although monitoring structural loads in harsh testing environments can be challenging, the affixed strain gauges on the dynamic components can provide more precise results and improve the interpretation of data. By creating testing modes that simulate forklift usage environments and performing experiments with selected cargo and driving modes, a comparison of the damage severity of forklift parts under different driving conditions was done. These results can be utilized to forecast the lifespan of forklift parts under extreme driving conditions and assist in the design and optimization of new parts in the future.
A high-fidelity numerical analysis methodology was proposed for evaluating the fuel rod cladding integrity of a Prototype Gen IV Sodium Fast Reactor (PGSFR) during normal operation and Design basis events (DBEs). The MARS-LMR code, system transient safety analysis code, was applied to analyze the DBEs. The results of the MARS-LMR code were used as boundary condition for a 3D computational fluid dynamics (CFD) analysis. The peak temperatures considering HCFs satisfied the cladding temperature limit. The temperature and pressure distributions were calculated by ANSYS CFX code, and applied to structural analysis. Structural analysis was performed using ANSYS Mechanical code. The seismic reactivity insertion SSE accident among DBEs had the highest peak cladding temperature and the maximum stress, as the value of 87 MPa. The fuel cladding had over 40 % safety margin, and the strain was below the strain limit. Deformation behavior was elucidated for providing relative coordinate data on each active fuel rod center. Bending deformation resulted in a flower shape, and bowing bundle did not interact with the duct of fuel assemblies. Fuel rod maximum expansion was generated with highest stress. Therefore, it was concluded that the fuel rod cladding of the PGSFR has sufficient structural safety margin during DBEs.
Voids in a large rotor are formed in solidification process of a cast ingot. The voids have to be eliminated from the rotor by a forming process, because they would became stress-intensity factors which suddenly fracture the rotor in the operation. Previous studies on void-elimination of a large rotor have mainly focused on finding the process variables affecting the void-closure. But the study on the amount of void closure in a large rotor has been very rare. This study was performed to obtain an equation which predicts the amount of void-closure in a forging process of a large rotor and to evaluate the availability of the void-closure equation through finite element analyses. Firstly, 2D FE analysis was carried out to find effects of time integral of hydrostatic stress and effective strain on void volume rate of a large rotor in the upsetting process for various diameters and shapes of void, and material temperature. From the 2D FE analysis, we found that effective strain was suitable for predicting the void-closure of a large rotor, because there was a constant relationship between void volume rate and effective strain. And a void-closure equation was proposed fur predicting void-closure of a large rotor in the upsetting process. Finally, ken the 3D FE analysis, the proposed void-closure equation was verified to be useful for upsetting and cogging processes.
A novel fiber optic sensor is demonstrated using a FBG in PM(Polarization-Maintaining) fiber. Gratings have been written in a Bow-Tie type fiber using the phase mask. The operation of the sensor simply involves monitoring back-reflected Bragg wavelengths from the grating. Since PM fiber has two principal semi-axes with two indices of refraction, two Bragg wavelengths were observed. We have observed the position of Bragg wavelengths for PM FBG shifted simultaneously by either applying the longitudinal strain or temperature change. The wavelength sensitivity of 1.2pm/$\mu$$\varepsilon$ about a longitudinal strain and the wavelength sensitivity of 11.4pm/$^{\circ}C$ about a temperature have been experimentally achieved. The wavelength sensitivity of both longitudinal strain and temperature are approximately same with the reported values for the single mode FBG. On the other hand, the change of separation between Bragg wavelengths was observed by the applying transverse stress. We observed that the separation between two Bragg wavelengths is proportional to the applied transverse stress. The wavelength sensitivity of 14.6 pm/N about a transverse stress has been achieved. We have demonstrated PM FBG sensors can measure the transverse stress independently from the effects of temperature.
An attempt to produce more pigs in limited spaces inevitably generalized concentrated feeding operation (CFO). As concentrated pig production practice expanded, concerns on environmental issues grow concurrently. Since odor is the concerned most among those, we attempted to develop means to tackle odor emission from livestock operations. Previously, we excavated few microorganisms from pig manure and, one of them, Bacillus licheniformis was particularly useful to handle odor problem. In this study, we conducted our investigation to further characterize Bacillus licheniformis. Strain identification was conducted using Vitek 2 compact, and the optimal temperature and pH conditions to growth B. licheniformis were searched for by analyzing turbidity on O.D 600 nm. Results of this study can be summarized as these, (1) it was re-verified that the bacterial strain that purified from pig manure was, in fact, Bacillus licheniformis, (2) the bacterial growth was highest when the temperature was kept at $30^{\circ}C$, also (3) growth rate was dependent on media pH as it was high at neutral (6, 7 and 8) but dropped when it was diverged from neutral (4, 5, 9 and 10), and (4) regarding ammonia removal efficiency, B. licheniformis recorded 64% effectiveness after 48 h incubation and reached its highest (80%) at 72 h.
Ferri, Matteo;Mancarella, Fulvio;Seshia, Ashwin;Ransley, James;Soga, Kenichi;Zalesky, Jan;Roncaglia, Alberto
Smart Structures and Systems
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v.6
no.3
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pp.225-238
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2010
We report on the development of a new technology for the fabrication of Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) strain sensors to realize a novel type of crackmeter for health monitoring of ageing civil infrastructures. The fabrication of micromachined silicon MEMS sensors based on a Silicon On Insulator (SOI) technology, designed according to a Double Ended Tuning Fork (DETF) geometry is presented, using a novel process which includes a gap narrowing procedure suitable to fabricate sensors with low motional resistance. In order to employ these sensors for crack monitoring, techniques suited for bonding the MEMS sensors on a steel surface ensuring good strain transfer from steel to silicon and a packaging technique for the bonded sensors are proposed, conceived for realizing a low-power crackmeter for ageing infrastructure monitoring. Moreover, the design of a possible crackmeter geometry suited for detection of crack contraction and expansion with a resolution of $10{\mu}m$ and very low power consumption requirements (potentially suitable for wireless operation) is presented. In these sensors, the small crackmeter range for the first field use is related to long-term observation on existing cracks in underground tunnel test sections.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.2
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pp.107-113
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2014
The icebreaking research vessel, ARAON had her second ice trial in the Arctic Sea from 16th July to 12th August 2010. During the voyage, the local ice loads acting on the bow of port side were measured from 14 strain gauges. The measurements were also carried out in ice waters with various ice concentration ratio as well as the icebreaking performance tests. In this study, the ice loads measured during the 'general' operation in ice waters were analyzed. As a first step, the relationship between the location of strain gauges and the ice loads were investigated, and then the possibility for observation of higher ice loads was estimated based on the probability density function. The relationship between the ship speed and the ice load was also investigated. 718 peak stresses data higher than 20 MPa obtained from strain gauges array attached in longitudinally and vertically was analyzed. In general, the ice load increases as the ship speed increases in the low ship speed range, and ice load decreases as the ship speed is greater than a certain speed.
Kweon, Hyeong Do;Lee, Yun Joo;Kim, Dong Hak;Lee, Do Hwan
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.15
no.1
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pp.71-76
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2019
Actual stress distributions in the nozzle of a pressure vessel may not be in plane strain condition, implying that the crack-tip constraint condition may be relaxed in the nozzle. In this paper, a methodology for evaluating the fracture toughness of the ASME Code is presented considering the relaxation of the constraint effect in the nozzle of the reactor pressure vessel. The crack-tip constraint effect is quantified by the T-stress. The equation, which represent the relation between the fracture toughness in the lower constraint condition and the plane strain fracture toughness, is derived using the T-stress. This equation is similar to the method for evaluating the fracture toughness of the Master Curve for low constraint conditions. As a result of evaluating the fracture toughness considering the constraint effect in the reactor inlet, outlet and direct injection nozzles using the proposed equation, it was confirmed that the fracture toughness in the nozzles is higher than the plane strain fracture toughness. Applying the proposed evaluation methodology, it is possible to reflect the relaxation of the constraint effect in the nozzles of the reactor pressure vessel, therefore, the safe operation area on the pressure-temperature limit curve can be prevented from being excessively limited.
Monopile foundations of offshore wind turbines embedded in soft clay are subjected to the long-term cyclic lateral loads induced by winds, currents, and waves, the vibration of monopile leads to the accumulation of pore pressure and cyclic strains in the soil in its vicinity, which poses a threat to the safety operation of monopile. The researchers mainly focused on the hysteretic stress-strain relationship of soft clay and kinds of stiffness degradation models have been adopted, which may consume considerable computing resources and is not applicable for the long-term bearing performance analysis of monopile. In this study, a modified cyclic stiffness degradation model considering the effect of plastic strain and pore pressure change has been proposed and validated by comparing with the triaxial test results. Subsequently, the effects of cyclic load ratio, pile aspect ratio, number of load cycles, and length to embedded depth ratio on the accumulated rotation angle and pore pressure are presented. The results indicate the number of load cycles can significantly affect the accumulated rotation angle of monopile, whereas the accumulated pore pressure distribution along the pile merely changes with pile diameter, embedded length, and the number of load cycles, the stiffness of monopile can be significantly weakened by decreasing the embedded depth ratio L/H of monopile. The stiffness degradation of soil is more significant in the passive earth pressure zone, in which soil liquefaction is likely to occur. Furthermore, the suitability of the "accumulated rotation angle" and "accumulated pore pressure" design criteria for determining the required cyclic load ratio are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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