Bayagoob, Khaled H.;Noorzaei, Jamaloddin;Abdulrazeg, Aeid A.;Al-Karni, Awad A.;Jaafar, Mohd Saleh
Structural Engineering and Mechanics
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제36권4호
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pp.401-419
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2010
This paper focuses on the development, verification and application of a three-dimensional nite element code for coupled thermal and structural analysis of roller compacted concrete arch dams. The Ostour Arch dam located on Ghezel-Ozan River, Iran, which was originally designed as conventional concrete arch dam, has been taken for the purpose of verication of the nite element code. In this project, RCC technology has been ascertained as an alternative method to reduce the cost of the project and make it competitive. The thermal analysis has been carried out taking into account the simulation of the sequence of construction, environmental temperature changes, and the wind speed. In addition, the variation of elastic modulus with time has been considered in this investigation using Concard's model. An attempt was made to compare the stresses developed in the dam body five years after the completion of the dam with those of end of the construction. It was seen that there is an increase in the tensile stresses after five years over stresses obtained immediately at the end of construction by 61.3%.
In this paper, a general approach to structural analysis of forging die sets is presented and the related design system, AFDEX/DIE, is introduced. Structural analysis of die sets is conducted by the finite element method considering both contact problem and shrink fit. In the approach, amount of shrink fit is controlled by thermal load, i.e., temperature difference between die insert and shrink rings. The loading conditions are extracted automatically from the simulation results obtained by a rigie-thermoviscoplatic finite element method. Typical application examples are given, which show the applicability of the approach and the related program.
There exist many types of pipe and component fatigue through vibrations, thermal fatigues or shifting. In some cases of thermal stratification/thermal fatigue, pipes & components are receiving thermal stress by means of material expansion and shrinkage by continuous thermal repetitive variation. Small cracks initially occur on the inside surface by thermal stress. These cracks grow in depth the pipe wall and finally come to a rupture. Pipe parts of susceptibility to thermal stratification and thermal fatigue are now being examined by conventional UT(ultrasonic test) as volumetric examination. It is difficult to fully satisfy the code & standards requirements because 3" weldolet weldments of RCS 16" pipe to 3" branch connection lines have complex structural shape. To solve the problems of conventional UT examination, we made a realistic mock-up and UT calibration block. We performed a simulation of phased array UT utilizing CIVA as NDE(Non-Destructive Examination) simulation software. Also we designed phased array UT transducer and wedge, optimal frequency by using simulation data. We performed phased array UT experiment through mock-up including artificial flaws(notch). The phased array UT technique is finally developed to improve the reliability of ultrasonic test at RCS 16" pipe to 3" branch connection weld.
According to previous research, welding-induced residual stresses in steel structures can significantly affect the fatigue behaviour. Usually, high tensile residual stresses up to the yield strength are conservatively assumed at the weld toes. This conservative assumption can result in misleading fatigue assessments. Thee welding-induced residual stresses need be known in advance for a reliable fatigue assessment, which becomes possible to an increasing extent by numerical welding simulation. In this study, a fatigue Analysis technique for steel structures with welding induced residual stress is presented. First, We calculate the history of temperature according with welding process. Secondly, residual stress with a welding thermal history was evaluated by non-linear thermal stress analysis and lastly, fatigue strength is estimated with modified Goodman equation which can consider the effect of mean stress level.
In this paper, a methodology to simulate the whole-building behaviour of the tall building under fire is developed by the author using a 3-D nonlinear finite element method. The mechanical and thermal material nonlinearities of the structural members, such as the structural steel members, concrete slabs and reinforcing bars were included in the model. In order to closely simulate the real condition under the conventional fire incident, in the simulation, the fire temperature was applied on level 9, 10 and 11. Then, a numerical investigation on the whole-building response of the building in fire was made. The temperature distribution of the floor slabs, steel beams and columns were predicted. In addition, the behaviours of the structural members under fire such as beam force, column force and deflections were also investigated.
With respect to thermal barrier coating, the analysis of interface cohesion and residual stress is important to the life of TBC from mechanical view point. Up to now, there is not a model of describing interface cohesion. In the paper, we give a simple model of computing residual stress and study the residual stress of TBC with ANSYS. The distribution of the residual stress in different interface topography and the relationship between the residual stress and the interface topography dimension are presented.
Understanding and control of thermal history of heat-treated components are very important in heat treating process. A computer program was developed for prediction of thermal history in quenching process with various cooling media and agitation conditions. Computer simulation of heat flow in quenching treatment of spur gear of SCM 22 H was carried out by two and three dimensional finite difference method. Distributions of microstructure and hardness in heat-treated spur gear were predicted by computer simulation, and the results showed a good agreement with the experiments. It was concluded that the
In this article, a four-variable refined plate theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. Young's modulus and Poisson ratio of the FGM plates are assumed to remain constant throughout the entire plate. However, the coefficient of thermal expansion of the FGM plate varies according to a power law form through the thickness coordinate. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference such ratio of thermal expansion, aspect ratio, side-to-thickness ratio and gradient index will be investigated.
This paper presents theoretical and experimental evaluation of the structural health monitoring (SHM) capability of piezoelectric wafer active sensors (PWAS) at elevated temperatures. This is important because the technologies for structural sensing and monitoring need to account for the thermal effect and compensate for it. Permanently installed PWAS transducers have been One of the extensively employed sensor technologies for in-situ continuous SHM. In this paper, the electro-mechanical impedance spectroscopy (EMIS) method has been utilized as a dynamic descriptor of PWAS behavior and as a high frequency standing wave local modal technique. Another SHM technology utilizes PWAS as far-field transient transducers to excite and detect guided waves propagating through the structure. This paper first presents how the EMIS method is used to qualify and quantify circular PWAS resonators in an increasing temperature environment up to 230 deg C. The piezoelectric material degradation with temperature was investigated and trends of variation with temperature were deduced from experimental measurements. These effects were introduced in a wave propagation simulation software called Wave Form Revealer (WFR). The thermal effects on the substrate material were also considered. Thus, the changes in the propagating guided wave signal at various temperatures could be simulated. The paper ends with summary and conclusions followed by suggestions for further work.
Most of vehicle manufacturers have applied exhaust gas recirculation (EGR) system to the development of diesel engines in order to obtain the high thermal efficiency without $NO_X$ and Particulate Matter (PM) emitted from the engine. EGR system, which reflow a cooled exhaust gas from vehicles burning diesel as fuel to a combustion chamber of engine, has been used to solve this problem. In order to confirm the safety of the EGR system, finite element analysis was carried out. The safety of EGR system against temperature variation in the shell and tubes was evaluated through the thermal and structural analysis, and the modal analysis using ANSYS was also performed. Finally, the performance of EGR system was verified through the experiment and numerical simulation using effectiveness-NTU method. Program for the estimation of the heat exchange efficiency of the EGR system with regard to the dimpled tube shape was developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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