Design Readiness Of Multi-Material Concepts: Manufacturing And Joining Technology Integrated Evaluation Of Concept Maturity Levels Using Cardinal Coefficients

Maturity levels of components in early phases of product development are often assessed with Technology Readiness Levels. However, developing Multi-Material-Design (MMD) concepts for lightweight design, not only the manufacturability of the individual components is decisive, but also their joinability with each other and their integration into the rest system. This paper presents an approach for the evaluation of maturity levels of MMD concepts on the basis of cardinal coefficients considering a time forecast of the manufacturing and joining technologies required in the concept

Development and Validation of a Three-Dimensional Finite Element Model of Cervical Spine (C3-C5)

ABSTRACT The objective of this investigation is to develop a detailed, non-linear asymmetric three-dimensional anatomically and mechanically accurate FE model of complete middle cervical spine (C3-C5) using Hypermesh and MSC.Marc software. To achieve this goal, the components of the cervical spine are modeled using 20-noded hexagonal elements. The model includes the intervertebral disc, cortical bone, cancellous bone, endplates, and ligaments. The structure and dimensions of each spinal component are compared with experimentally measured values. In addition, the soil mechanics formulation of MSC.Marc finite element software is applied to model the mechanical behaviour of vertebrae and intervertebral discs as linear isotropic two-phase (biphasic) material. The FE simulation is conducted to investigate compression, flexion\extension and right\Left lateral bending modes. The simulation results are validated and compared closely with the published experimental data and the existing FE models. In general, results show greater flexibility in flexion and less flexibility in extension. The flexion/extension curves are asymmetric with a greater magnitude in flexion than in extension. In addition, the variations of the predicted lateral C4-C5 disc bulge are investigated and the results show that the maximum disc bulge occurs at the C4-C5 anterior location. INTRODUCTION The need for reliable data in biomedical applications demands accurate and fast solution techniques. The existing methods are limited to numerical and experimental approaches while there is no explicit analytical method. Experimental techniques yield the most accurate results but they are highly expensive and time consuming. Hence, there is an increasing surge into utilizing numerical solutions amongst which Finite Element Method (FEM) is the most popular one. The FE method is an essential part of many of today's engineering activities. It was first developed in the 1950s in the aircraft industry and continues to be an indispensable tool in the design of most of the critical components in today's aircraft, The inherent complexity of cervical spine is the main reason for the existence of the very simplified FE models in the literature. Although simplification reduces the computational time, it reduces the accuracy of the FE model. For example, among various existing cervical FE models in the literature, the geometry of the vertebrae were modele

An equivalent uniaxial fatigue stress model for analyzing landing gear fuse pins

We study the biaxial stress state conditions in landing gear fuse pins in the fuse groove. This biaxial state comprises a combination of shear stresses which are usually the largest stresses in the fuse pin by design, and compressive stresses which keep the half-section of the fuse pin in equilibrium. Conventional fatigue analysis techniques use an equivalent uniaxial stress, based on the Mises stress of a pure-shear condition. The respective predicted fatigue damages are much higher than those obtained from fuse pin cyclic tests. A new equivalent uniaxial fatigue stress model is proposed that includes the additional compressive stress as a relief on the fatigue damage in the fuse groove, thereby explaining the observations from fuse pin tests. The model is used in conventional uniaxial strain-life fatigue software (Goodrich Aerospace’s Fatigue Life V2) to predict the fatigue damage on a landing gear fuse pin with a sample load spectrum. The results are then compared to the pure shear model, and to a biaxial FEM fatigue analysis. As compared to the equivalent Mises model, the proposed model provides less conservative estimation of the fuse pin fatigue life, the latter value being higher than that provided by the two-dimensional FEM calculation.Розглянуто умови двовісного напруженого стану запобіжних елементів шасі - шплінтів у запобіжних вузлах. У цьому випадку має місце поєднання дотичних напружень, рівень яких відповідає максимально допустимому рівню напружень у конструкції, та стискальних напружень, що визначаються з умов рівноваги. Згідно зі стандартними методиками розрахунку на утому таке поєднання напружень заміняється еквівалентним одновісним напруженням на основі умов чистого зсуву по Мізесу. При цьому розрахункові характеристики матеріалу від утомленості є значно вищими за експериментальні, що отримані при випробуваннях шплінтів на утому. Запропоновано модель еквівалентного одновісного утомного напруження, в якій враховується розвантажувальний ефект стискальних напружень. Модель використовується в рамках стандартного пакета програм розрахунку деформаційних кривих утоми (Goodrich Aerospace’s Fatigue Life V2) для оцінки утомної довговічності запобіжного шплінта шасі під дією циклічного навантаження. Отримані результати порівнюються з визначеними за допомогою моделі чистого зсуву і розрахункової скінченноелементної програми. Використання запропонованої моделі гарантує оцінку утомної довговічності менш консервативну, аніж за еквівалентною моделлю Мізеса, але більш завищену порівняно з двовимірним скінченноелементним розрахунком.Рассмотрены условия двухосного напряженного состояния предохранительных элементов шасси - шплинтов в предохранительных узлах. В этом случае имеет место сочетание касательных напряжений, уровень которых соответствует максимально допустимому уровню напряжений в конструкции, и сжимающих напряжений, определяемых из условий равновесия. Согласно стандартным методикам расчета на усталость такое сочетание напряжений заменяется эквивалентным одноосным напряжением, исходя из условий чистого сдвига по Мизесу. При этом расчетные усталостные характеристики материала оказываются существенно выше, чем экспериментальные, полученные при усталостных испытаниях шплинтов. Предлагается модель эквивалентного одноосного усталостного напряжения, в которой учитывается разгрузочный эффект сжимающих напряжений. Модель используется в рамках стандартного пакета программ расчета деформационных кривых усталости (Goodrich Aerospace’s Fatigue Life V2) для оценки усталостной долговечности предохранительного шплинта шасси под действием циклических нагрузок. Полученные результаты сравниваются с определенными с помощью модели чистого сдвига и расчетной конечноэлементной программы. Использование предложенной модели обеспечивает оценку усталостной долговечности менее консервативную, чем эквивалентная модель Мизеса, но более завышенную, чем двухмерный конечноэлементный расчет

Stepwise-equilibrium and adaptive molecular dynamics simulation for fracture toughness of single crystals

10.1177/1045389X0446307Journal of Intelligent Material Systems and Structures1512933-939JMSS

Application of GLARE in Narrow Body Aircraft - Present and Future Development - ABSTRACT ONLY

NRC publication: Ye