The stress analysis on orthotropic composite cylindrical shells with one circular or one elliptical cutout subjected to an axial force is carried out by using an analytical and experimental method. The composite cylindrical shell governing equation of the Donnell's type is applied to this study and all results are presented by the stress concentration factor. The stress concentration factor is defined as the ratio of the stress on the region around a cutout to the nominal stress of the shell. The stress concentration factor is classified into the circumferential stress concentration factors and the radial stress concentration factors due to the cylindrical coordinate of which the origin is the center of a cutout. The considered loading condition is only axial tension loading condition. In this study, thus, the maximum stress is induced on perpendicular region against axial direction, on the coordinate. Various cutout sizes are expressed using the radius ratio, (equation omitted), which is the radius of a cutout over one of the cylindrical shell. Experimental results are obtained using strain gages, which are attached around a cutout of the cylindrical shell. As the result from this study, the stress concentration around a cutout can be predicted by using the analytical method for an orthotropic composite cylindrical shell having a circular or an elliptical cutout.
Dynamic response of functionally graded Carbon nanotubes (FG-CNT) reinforced pipes conveying viscous fluid under accelerated moving load is presented. The mixture rule is used for obtaining the material properties of nano-composite pipe. The radial force induced by viscous fluid is calculated by Navier-Stokes equation. The material properties of pipe are considered temperature-dependent. The structure is simulated by Reddy higher-order shear deformation shell theory and the corresponding motion equations are derived by Hamilton's principal. Differential quadrature (DQ) method and the Integral Quadrature (IQ) are applied for analogizing the motion equations and then the Newmark time integration scheme is used for obtaining the dynamic response of structure. The effects of different parameters such as boundary conditions, geometrical parameters, velocity and acceleration of moving load, CNT volume percent and distribution type are shown on the dynamic response of pipe. Results indicate that increasing CNTs leads to decrease in transient deflection of structure. In accelerated motion of the moving load, the maximum displacement is occurred later with respect to decelerated motion of moving load.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.7
s.178
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pp.1740-1747
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2000
Under repeated rolling, initial plastic deformation introduces residual stresses which render the steady cyclic state purely elastic. This is called the process of shakedown. Many studies have been done about the shakedown in semi-infinite half space using calculated Hertizian pressure. In this paper shakedown processes in a shaft are studied by finite element analyses of a two dimensional(plane strain) model with elastic-linear-kinematic-hardening-plastic material subjected to repeated, frictionless rolling contact. Symmetric and non-symmetric pressure distributions are obtained using a simplified model of the bearing-shaft assembly. The rolling contact is simulated by repeatedly translating both pressure distributions along the surface of the shaft. By the influence of the non-symmetric pressure, larger residual radial tensile stress is generated in the immediate subsurface layer, which may make a crack propagate and, the subsurface undergoes a zigzag plastic deformation during the shakedown process, which may lead to a crack initiation.
The analysis and comparation of the half-coiled short-pitch windings with different phase belt are presented in the paper. The half-coiled short-pitch windings can supply the odd and even harmonics simultaneously, which can be applied in multiphase bearingless motor (MBLM). The space harmonic distribution of the half-coiled short-pitch windings with two kinds of phase belt is studied wi th respect to different coil pitch, and the suitable coil pitch can be selected from the analysis results to reduce the additional radial force and torque pulse. The two kinds of half-coiled short-pitch windings are applied to the five- and six-phase bearingless motor, and the comparation from the Finite Element Method (FEM) results shows that the winding with $2{\pi}/m$ phase belt is fit for the five phase bearingless motor and the winding with ${\pi}/m$ phase belt is suitable for the six phase bearingless motor. Finally, a five phase surface-mounted permanent magnet (PM) bearingless motor is built and the experimental results are presented to verify the validity and feasibility of the analysis. The results presented in this paper will give useful guidelines for design optimization of the MBLM.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.2
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pp.117-125
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2015
This paper presents a dynamic modeling method for the indeterminate spindle-bearing system supported by multiple bearings of different types. A spindle-bearing system supported by ball and cylindrical roller bearings is considered. The de Mul's bearing model is extended for calculating ball and cylindrical roller bearing stiffness matrices with inclusion of centrifugal force and gyroscopic moment. The dependence between spindle shaft reaction forces and bearing stiffness is effectively resolved using an iterative approach. The spindle rotor dynamics is established with the Timoshenko beam theory based finite elements. The spindle reaction forces, bearings stiffness and spindle natural frequencies are obtained with taking into account spindle radial load, ball bearing axial preload and rotational speed effects. The developed method is verified by comparing the simulation results with those from a commercial program.
With the rising utilisation of electrical machines to increase the output-Power of the device several problems occur. Next to probable additional losses and other parasitic effects, aspects concerning the audible noise radiated by the device are of particular interest. This contribution is intended to give an overview to the problematic of the analysis of vibrations and audible noise radiated by electrical machines. It is not the intention of the authors to set off a scientific firework with various complicated equations in this contribution. The paper should rather give an insight in a complicated technical matter and should help to understand the mechanism of vibration and parasitic noise generation in electrical machines. Rotating machines, such as the induction motor as well as non-rotating electrical machines, such as inductors or transformers are studied. The origin of vibrations leading to noise radiations is studied and discussed to illustrate the way in which the analysis of the governing effects can be performed. Magnetically generated radial pullout force waves in rotating electrical machines are the main cause of the excited audible noise, whereas magnetostriction plays an important role in transformers.
Residual stress caused in the weldments with high restraint force are often observed during welding in the weldments of Inner and outdoor materials or radial tanks. The reason is that quantitative analysis about thermal stresses during laser welding is lacking for this weldments. To verify Finite Elements Method (FEM) theory, the temperature was measured with thermocouple in a real time in this paper. Also analysis of the thermal stress for welding condition is performed by Comsol program package on various welding condition in SCP1-S butt welding. The principal stress in laser welding process is seen through the width direction. Also, it was confirmed that a change in base metal by thermal expansion made the stress in width direction stronger. Base metal close to the weld bead as the process progresses to the tensile stress in the compressive stress was varied. It was shown that the change of stress was quantitative from the bead at a certain distance.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.986-992
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2014
This research investigates experimentally and numerically the tilting angle, eccentricity ratio, flying height of axial direction, friction torque, and critical mass of the HDD disk-spindle system due to HDD positioning angle. The tilting angle and the eccentricity ratio are the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$ respect to horizontal position because the external force in radial direction and the torque applied to the rotating part are the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$. The flying height increases with the increase of the HDD positioning angle because the direction of gravity applied to the rotating part changes. The friction torque increases with the increase of the HDD positioning angle until it becomes $60^{\circ}$, and decreases with the increase of the HDD positioning angle after it becomes $60^{\circ}$. The stability is the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.5
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pp.15-21
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2008
It is generally known that the PRAT(Plysteer Residual Aligning Torque) is one of indicating a performance factors of a tire for assessing the vehicle pull, also tire pattern shape, which means lateral groove angle, is very important tire design factor in relation to the PRAT. Lateral grooves of tire pattern are widely divided into center and shoulder parts. So, this paper has studied the correlation between the PRAT and their lateral groove angles using FEM. Especially, the steady state rolling analysis among tire rolling analysis methods has been used for the PRAT performance study. Firstly, analysis result data have been compared with the experimental data to validate FE analysis for PRAT. Next, the PRAT due to the lateral groove angle about PCR(Passenger Car Radial) tire and SUV tire has been analyzed. The tendency of the PRAT due to the lateral groove angles can be used as a guide line for the tire design in relation to vehicle pull.
This paper presents simulation results of particle transport in low-pressure, low-temperature plasma environment. The size dependent transport of particles in the plasma is investigated with a two-dimensional simulation tool developed in-house for plasma chamber analysis and design. The plasma model consists of the first two and three moments of the Boltzmann equation for ion and electron fluids respectively, coupled to Poisson's equation for the self-consistent electric field. The particle transport model takes into account all important factors, such as gravitational, electrostatic, ion drag, neutral drag and Brownian forces, affecting the motion of particles in the plasma environment. The particle transport model coupled with both neutral fluid and plasma models is simulated through a Lagrangian approach tracking the individual trajectory of each particle by taking a force balance on the particle. The size dependant trap locations of particles ranging from a few nm to a few ${\mu}m$ are identified in both electropositive and electronegative plasmas. The simulation results show that particles are trapped at locations where the forces acting on them balance. While fine particles tend to be trapped in the bulk, large particles accumulate near bottom sheath boundaries and around material interfaces, such as wafer and electrode edges where a sudden change in electric field occurs. Overall, small particles form a "dome" shape around the center of the plasma reactor and are also trapped in a "ring" near the radial sheath boundaries, while larger particles accumulate only in the "ring". These simulation results are qualitatively in good agreement with experimental observation.
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