Purpose: This study was performed to predict the fatigue life of a crank-type rotavator operated in domestic soil conditions using Recurdyn$^{(R)}$, a dynamic analysis program. Methods: Torque on the PTO shaft was measured using experiments conducted on the uplands and paddy fields in Korea. On the basis of the experimental and analytical results, the fatigue life of the crank-type rotavator was predicted by constructing an S-N curve according to the GL (Germanischer Lloyd Wind Energie GmbH) guideline. Results: The torques experienced by the PTO shaft in the paddy soil and the uplands were in the range of 472~797 N m and 313~430 N m, respectively, for every condition. In case of load condition, the peak torques (846 N m, 770 N m) were applied for severe conditions, resulting in a maximum (von Mises) stress of 75 MPa at the crank arm. The fatigue life of the crank-type rotavator was predicted to be 1,167 h that satisfies the target value of 1,110 h, by substituting the analysis results into an S-N curve of crank arm. Conclusions: The fatigue life of the crank-type rotavator was within the target life for the studied soil conditions; however, further field experiments for various soil conditions would be required to verify the prediction results.
The structural stiffness, strength and stability on the bodyshell and floor structures of the Korean Low Floor Bus composed of laminate, sandwich panels and metal reinforced frame were evaluated. The laminate composite panel and facesheet of sandwich panel were made of WR580/NF4000 glass fabric/epoxy laminate, while aluminum honeycomb or balsa was applied to the core materials of the sandwich panel. A finite element analysis was used to verify the basic design requirements of the bodyshell and the floor structure. The use of aluminum reinforced frame and honeycomb core was beneficial for weight saving and structural performance. The symmetry of the outer and inner facesheet thickness of sandwich panels did not affect the structural integrity. The structural strength of the panels was evaluated using Von-Mises criterion for metal structures and total laminate approach criterion for composite structures. All stress component of the bodyshell and floor structures were safely located below the failure stresses. The total laminate approach is recommended to predict the failure of hybrid sandwich composite structures at the stage of the basic design.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권1호
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pp.29-36
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2016
Tensairity girder is a light weight inflatable fabric structural concept which can be used in road emergency transportation. It uses low pressure air to stabilize compression elements against buckling. With the purpose of obtaining the comprehensive target of minimum deflection and weight under ultimate load, the cross-section and the inner pressure of tensairity girder was optimized in this paper. The Variable Complexity Modeling (VCM) method was used in this paper combining the Kriging approximate method with the Finite Element Analysis (FEA) method, which was implemented by ABAQUS. In the Kriging method, the sample points of the surrogate model were outlined by Design of Experiment (DOE) technique based on Optimal Latin Hypercube. The optimization framework was constructed in iSIGHT with a global optimization method, Multi-Island Genetic Algorithm (MIGA), followed by a local optimization method, Sequential Quadratic Program (SQP). The result of the optimization gives a prominent conceptual design of the tensairity girder, which approves the solution architecture of VCM is feasible and efficient. Furthermore, a useful trend of sensitivity between optimization variables and responses was performed to guide future design. It was proved that the inner pressure is the key parameter to balance the maximum Von Mises stress and deflection on tensairity girder, and the parameters of cross section impact the mass of tensairity girder obviously.
This paper establishes a modeling and simulation procedure for structural response and reliability of a cylindrical array sensor on submarines under the shock generated by underwater explosion. The structural reliability of SONAR is important because the submarine could get out of combat ability by the structural damage of the SONAR upon explosion. A cylindrical array sensor was first modeled using the finite element method. Modal analysis was then performed for the check of the reliability of the modeling. The shock resistance simulations were performed for the responses to the structural shock waves and for the responses to the directly applied underwater shock waves, according to BV-043 and MIL-STD-901D, respectively. The stresses of the structure were evaluated with von-Mises scheme. Vulnerable regions were exposed through mapping the maximum stress to the structural model. Maximum stress of the SONAR was compared with the yield stress of the material to examine the structural reliability.
Degenerative lumbar spinal stenosis(DLSS) is a disease inducing low back pain, leg pain, convulsion, numbness, and neurogenic claudication from compression of nerve root. Intervertebra fixation was reported to increase the degenerative of neighbor region after treatment. Recently, a new surgical technique of inserting a fixator between interspinous processes has been introduced. The purpose of this study is to design of the interspinous process fixator with flexibility to complement the trouble of using fixator in DLSS. This study evaluated the existing fixator through the mechanical test and modified fixators using the finite element analysis(FEA). Displacement, stiffness and Von-Mises stress were found to have similar values to those obtained from the mechanical test and the FEA in the biomechanical loading condition. Effects of variation in length and thickness were investigated to design an optimal fixator.
The degenerative lumbar spinal stenosis (DLSS) is a disease inducing low back pain, leg pain, convulsion. numbness, and neurogenic claudication from compression of nerve root. Intervertebra fixation was reported to increase the degeneration of neighbor lesion after treatment. Recently, a new surgical technique of inserting a fixator between interspinous processes has been introduced. The purpose of this study is to design the interspinous process fixator with flexibility to complement the trouble of using fixator in DLSS. This study evaluated the existing fixator through the mechanical test and modified it using the finite element analysis (FEA). The evaluation was based on the displacement, stiffness and von-Mises stress obtained from the mechanical test and calculated from the FEA in the biomechanical loading condition. Effects of variation in length and thickness were investigated to design an optimal fixator. Three prototypes were manufactured using FEA results. Mechanical tests under the biomechanical loading condition were performed to select the best one from these three. The selected fixator increased flexiblity by 32.9%.
a basis such as IT(Information Technology), NT(Nano Technology) and BT(Bio Technology). Recently, NT is applied to various fields that are composed of science, industry, media and semiconductor-micro technology. It has need of IT that is ultra-precision positioning technology with strokes of many hundreds mm and maintenance of nm precision in fields of ultra micro process, ultra precision measurement, photo communication part and photo magnetic memory. This thesis represents optimal design on ultra-precision positioning with single plane X-Y stage and development of artificial control system for adequacy of industrial demand. Also, dynamic simulation on global stage is performed by using ADAMS (Automated Dynamic Analysis of Mechanical System) for the purpose of grasping dynamic characteristic on user designed X-Y global stage. The error between displacements from micro stage and from FEM(Finite Element Method) is 3.53% by verifications of stability on micro stage and control performance. As maximum Von-mises stress on hinge of micro stage is 5.981kg/mm$^2$ that is 1.5% of yield stress, stability on hinge is secured. Preparing previous results, optimal design of micro stage can be possible, and reliance of results with FEM can be secured.
The rotating components such as turbine rotors in service are generally subjected to multiaxial cyclic loading conditions. The prediction of fatigue lift for turbine rotor components under complex multiaxial loading conditions is very important to prevent the fatigue failures in service. In this paper, axial and torsional low cycle fatigue tests were preformed for 3.5NiCrMo steels serviced low pressure turbine rotor of nuclear power plant. Several methods to predict biaxial fatigue life such as Tresca, von Mises and Brown & Miller's critical plane approach were evaluated to correlate the experimental results for serviced NiCrMoV steel. The fracture mode and fatigue characteristics of NiCrMoV steel were discussed based on the results of fatigue tests performed under the axial and torsional test conditions. In particular, the Brown and Miller's critical plane approach was found to best correlate the experimental data with predictions being within a factor of 2.
본 논문에서는 ANSYS 소프트웨어를 사용하여 회전시료조사대의 진동특성을 공기중 및 수중에서 평가하였다. 수중에서 진동해석에서 사용된 추가질량은 Blevins가 제시한 수식을 이용하여 계산하였다. 본 논문에서 제시한 결과의 타당성을 확인하기 위하여 구해진 결과는 이론적인 식을 사용해 구한 결과와 비교하였다. 유체의 추가질량 효과 때문에 회전시료조사대의 고유진동수는 공기 중에서 보다 수중에서 낮아짐을 확인할 수 있었다. 그리고 회전시료조사대의 고정에 필요한 클램프를 설계하기 위하여 클램프의 압력에 대한 회전시료조사대의 등가응력 및 변위를 계산하였다.
The artificial discs have recently used to preserve the motion of the treated segment in lumbar spine surgery. However, there have been lack of biomechanical information of the artificial discs to explain current clinical controversies such as long-term results of implant wear and excessive facet contact forces. In this study, we investigated the biomechanical effects of three artificial implants on the lumbar spinal segments by finite element analysis. The finite element model of intact lumbar spine(L1-S) was developed and the three implants were inserted in L4-L5 segment of the spine model. 5 Nm of flexion and extension moments were applied on the superior plate of L1 with 400 N of compressive load. Excessive motions and high facet contact forces at the surgical level were generated in the all three implanted models. In the flexion, the peak von-Mises stresses in the semi-constrained type implant was higher than those in the un-constrained type implant which would cause wear on the polyethylene core. The results of the study would provide a biomechanical guideline for selecting optimal surgical approach or evaluating the current design of the implants, or developing a new implant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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