PROCEDURE OF FINITE ELEMENT ANALYSIS

PROCEDURE  OF  FINITE  ELEMENT  ANALYSIS

     Considered  an  example  of  automobile  piston  .  A  piston  during  the  operation  of  ic  engine  which  is  subjected   to  various  loads  like  impact  load  ,  friction  load  ,  Due  to  this  load  the  stress  distribution  is  may  taken  in  piston  body  .  The  stress  distribution  is  determined  by  using  finite  element  analysis  approach  ,  which  entire  body  of  piston  is  divided  into  smaler  elements  called  finite  elements  .These  elements may  be  cuboidal ,  prism  etc.  These  elements  are  connected  at  corner  vertices  .  Once  the  entire  stress  distribution  is  on  entire  piston  body   then  design  improvement  can  be  increased  by  wall  thickness  .

1 .  CHOOSING  THE  APPROXIMATE  SYSTEM  

                                                              The  analysis  is  first  restricted  to  single  field  element  by  finding  the  value  of  field  variables  at  the  nodes of  the  piston  .  The  value  of  field  variable  at  the  entire  element   domain  can  be  found  out  by  extrapolating   the  value  of  nods  and  approximating  the  system  .  These  are  done  by  analysis polynomial  expression  ,  which  is  easy  to  integrate  or  differentiate . 

2 .  FORMING  THE  ELEMENT  MATRIX  OR  EQUATION 

                                                             The  analysis  of  single  element  is  done  by  applying  the  equation   of  equillibrium  to  that  element  .  These  equation  is  expressed  in  the  matrix  form  called   element  matrix  .  Such  element  matrix  can  be  generated   for  each  of  the  element  .

3 . ASSEMBLING  THE  MATRICES 

                                                          The  element  matrices  of  all  the  elements  are  combined  oe  assemble  to  form  global  stiffness  matrix  which  represent  the  entire  body  .  The  boundary  condition  is  applied  on   global  stiffness  matrix  which  reduce the  size  of  global   matrix  .

4 .  FINDING  THE  ENTIRE  FIELD  VARIABLES  

                                                The  unknown  field  variable  can  be  find  on  from  global  stiffness  matrix  by  using   gauss  elimination  approach  .   The  value  of  field  variable  is  known  as  nodle  point  .  which  ultimately  can  be  find  the  value  of  field  variables  of  entire  element  domain .

5 .  INTERPRETING  THE  RESULT  

                                               Once  the  value  of  field  variable  is  find  out  then  conclusion   is  drawn  ,  and  approximation  modification  is  incorporated  into  original  design  in  order  to  improve  the  design .    

STATE , PATH , PROCESS , CYCLIC

CHANGE  OF  STATE 

                             Any  operation  in  which  one  or  more  properties  of  the  system  changes  called  change  of  state 

PATH 

     A  locus  of  series   of  state   in   which   system   changes    from  one  initial  state  to  another  called  path  

PROCESS

      A   process  is   a  system  in  which  system  is  change  from  one  state  to  another   .   In  process  the  path   is   completely  specified  .  from  line  12  is  path  takes  place   

CYCLIC  

         A  transformation   of  a  thermodynamic   system  from  one  thermodynamics  state   to  another   .called  cyclic  process   

PMMIK

  PMMIK  stands   for    Perpetual    motion  machine  of  first   kind  ,A  machine   which  violates   a  first  law  of  thermodynamics   called  PMMIK .  It  is  defines  as  the  machine  which  produce  heat  without  any  computing  an  equipment   amount  of   energy   from  its  source  .   Since  a  machine  is  impossible  to  obtain   an  actual  practice  because   no  machine  can  produce  energy  its  own   

IRON CARBON DIAGRAM

IRON   CARBON  DIAGRAM

      An  iron  carbon  alloy  in   the molten  state  is  considered  as  the  solution  of  fe3c  in  iron .  This  solution  is  cooled  and  solidifies  it  depends  upon  the  amount  of  carbon  present  in  alloy  will  solidifies  as  solid  solution  or  eutectic  .  If  carbon   does  not  exceed  2%  then  alloy  is  sloidifies  as  solid  solution  .  The  solid  solution  in  y - iron  known  as  astenite  .   and  all  the   solution  regardless  the  amount  of  carbon  ,which  may  range  from  nil  to  saturation  point  2%  .  The   solid  solution  sometimes   known  as  2%  of  astenite  .If  alloy  exceed  2%  of  carbon   then is  solidifies  as  eutectic  .  which  freezes  at  1143 c   and  contain  4.3  carbon  . The   limit  of   carbon  is  recognised  as  the   division  of   cast  and  steel  iron   , an   iron   carbon  alloy  is  less  than  that  of  amount  is  defined as  steel and  more  being  as  cast  iron  .  The  word  everything  on  the  left  side  of  AB  diagram  consists  solid  solution  .   and  right  side  eutectic  .  

                 The  theory  of   heat   treatment   is  based  on  the  change  takes  place  in  the   internal  structure   of  the   steel  at  specific  temperature  .  Steel  in   its  formed   is  composed   as  pure   iron  as   small  percentage  of  carbon  is  added  .  At  normal  temperature  the  steel   consists as  pure  iron  called  as  ferite  and    combined  with  iron  carbide  known  as  Cementite  .

                   The  iron   carbon   diagram   equilibrium   symbolise  that  carbon  content  affect  the  structure  of  steel  during   heat  treatment   .  This  term  used  in  diagram  is  understood  ,  pure  iron  ferrite  and  iron  carbide  .   The  ferrite  and  cementite  combined   in  layers   and  resultant   structure   is   known   as  pearlite  .   If  heat   process   is   continues   beyond   critical  temperature  then  pearlite  become   austenite  .   The   alloys  contain   0.83   carbon  then  true  pearlite  is  dissolved         

     

DIESEL CYCLE

DIESEL CYCLE

            The  diesel  cycle  was  developed  by  RUDOLPH  DIESEL  IN  1893  .

   PROCESS  1 - 2

        Piston  moves  from  crank  end  center  to   cover  end  dead  center  and  air  in  state  1  is   compressed  isentropically  to  state  point  2  through  compression  ratio   V1/V2 .

PROCESS  2 - 3

       Heat  is   added   to   compression  at   constant  temperature  through  external  source  which  brought  into  cylinder  head  .  The   heat  supply   is   stopped   at  point   3  it  is called   cut  off  point  .  and  volume  ratio  V3/V2  .   is   called  cut  off  ratio  or  isobaric   expansion  ratio

PROCESS  3 - 4

        The increase   high  pressure  exerts  a  greater  amount   of  force  and  push  into  ODC .  and  work   is   done    by  the   system  .  The   volume  ratio  V4/V3   is  called   isentropic   expansion  ratio .

PROCESS  4 - 1

        The  piston  is  on  rest   and   heat   is   rejected  to  the   external   sink  by  bringing   it   contact  with  cylinder   head  .

 THERMAL  EFFICIENCY  OF   DIESEL   CYCLE

      The  compression  process  1 - 2  and  expansion  process  3 - 4  is  isentropically  and  there  is  no  heat  interaction  in  this   process  .  Energy  is   absorbed  during   process  2 - 3  at  constant pressure  and  heat  is  rejected  during  process  4 - 1  at  constant   volume  .

      

CHAIN DRIVES

CHAIN  DRIVES

          The  velocity ratio  in  belts  and  ropes  are  vary  due  to  slip   Because  of  contact  surface  becoming  slightly  greasy .  Chain  drives  are  used  where  the  distance  between  the  shaft  center  is  short  such  as  cycle ,  motor  vehicles  .

ADVANTAGES  OF  CHAIN  DRIVE  

1 .  Chain  drive  takes  a  less  space  than  ropes  or  belt  drive  .
2 .   No  slip  takes  place
3 .  More  power  is  to  be  transmitted  when  the distance  between   shaft  is  less
4 .  High  transmission  efficiency
5 .  Capable  transmitting  a  good  amount   of  power

CLASSIFICATION  OF  CHAINS 

   The  chains  are  classified  into  hoisting  and  hauling  chains ,  conveyor  chain ,  power  transmission   chain  ,

1 .  HOISTING  AND  HAULING  CHAIN  

                                 The  link  in  such  chains  are  oval  or  square  shape  .  These    chains  operates  at  low   speed  .  These  chains  have  low  manufacturing  cost  .

2 . CONVEYOR  CHAIN

           The  link  in  such  chain  are  either  of  hook  joint  type   or  closed  type   These  chains  run  at  average   slow  speeds  and  lack   smooth  qualities  .

3 .   POWER  TRANSMISSION  CHAIN  

                  These   chains  are  available   at  block ,  roller  and  silent  configuration  .  These  chains  are  essentially  built  for  high  speed  performance  .

    The  block  chain  are  being  put  to  some   use  as  conveyor   chain  operating  at  low  speed  .

  The  roller  chain  assembly  essentially   consists  of
    1 .  The  pink  link  plate
  2.    Pink ,  brushes  and  roller

        The  salient  features  of  roller  chain   is
   1 .  Strong  and  simple  construction
   2 .     Provide  good  service  even  under  serve  working  conditions .
   3 .  Require  little  lubrication  .       

MILLING MACHINE

MILLING  MACHINE

         Milling  is  the cutting  operation  that  removes  metal by  feeding  the  work  aganist  a  rotating  cutter  having  single   or  multiple  cutting  edges  .

WORKING  PRINCIPLE

                         The  workpiece   is  held  on  worktable   of  the  machine  . The  table  movement  may  be  longitudinal  ,vertical  or  rotational  .  The   table  movement  controls  the  feed of   the  workpiece  aganist  the  rotating  cutter .  Except  for  rotation  the  cutter  has  no  other  motion  .

ADVANTAGE  OF  MILLING  MACHINE

1 .  Rate  of  metal  remove  rapidly  as  the  cutter  rotates  at  high speed  .
2 .  Higher  accuracy  and  better  surface  finish  is  obtain  due  to  multiple  cutting  edges .
3 .  Several  surfaces  can  be  machined  at  the  same  time
4 .  Capability  to  perform  a  large  variety  of  operation
5 .  Availability  of  a  wide  variety  of  cutter  for  doing  different  types  of  work

The  specification  of  milling  machine

    1 .  Size  of  worktable
    2 .  Maximum  length  of  longitudinal  ,  cross  , vertical travel  of  the  worktable  .
     3 .  Power  of  driving  motor
       4 .  Type  of  drive  for  different  movements
      5 .   Spindle  speed  and  numbers  of speed
      6 .  Weight  of  machine  and  floor  space required

HOW  MILLING  MACHINE  ARE  CLASSIFIED 

1 .  KNEE  AND  COLUMN  MILLING  MACHINE
                                                                          Knee  and  column  type milling  machine  are  the  general  purpose  machine  most  widely  used  in  industry  .

1 . FIXED  BED  MILLING  MACHINE
                                                                    These  are  the  manufacturing  types   machines  used  for  mass  production .   In  these  machine  ,  the  cutter  height  is  movement  is  controlled  by  the  vertical  movement  of  the  head stock  .

3 .  SPECIAL  TYPE  MILLING  MACHINE 
                                                 These  are  designed   for  specific  milling  operation

    

BRAKES

BRAKES

     A  break  is  a  device  that  brings  a moving  body  to  rest  or  holds  to   the body  in  a  state  of  rest  aganist  the  action  of  external  force  .When  the  break  is  applied  it  offers  frictional  resistance  to  an  element of  the  moving  machine  . The  moving  then  absorb  kinetic  energy  of  motion  .  The  kinetic  energy  absorbed  by  the  brakess  is  converted  into  heat  either  by  surrounding  or  by  water  then  is  circulated  through  passages  in  the  break   drum  .
      Break  are  used  to  stop  moving  member  or  to  control  its  speed  .

CLASSIFICATION  

         The  breaks  are  classified  into  hydraulic  ,  electric  and  mechanical  break  .
                        The  hydraulic  and  electric  break  are  mostly  used  in  laboratory  ,  highway  trucks   .

The  mechanical  breaks  can  be  catogrised  as 

Radial  break 

                  which  apply  the  retarding  force  on  the  break  drum  in  the  radial  direction  .  The  radial  break  may  be  internal  or  external  break

Axial  break
               where  in  the  force  acting  on  the  break  drum   is  in  axial  direction  .

CLASSIFICATION  OF  BREAK 

 1 .  SINGLE  BLOCK OR  SHOE  BREAK 

                        The  single  block  or  shoe  break  essentially  consists   of  a   block   or  shoe   which  is pressed  against  the  rotating  drum  .The  block   is  rigidly  fixed   to  a  lever   which  has  one  end  is  fixed  and  other  end is  free .   This   helps    to replace  the  block  and  wear  out  .  Wood  and  rubber bloaks  are  used  with  light  and  slowing  moving  vehicles  . Generally  the   block  is made   of  cast   steel  .  

                          When  force  is  applied  at  free end of  the  lever   ,  the  block   get  pressed  aganist  the  rotating drum  .  The  block  exerts  a  radial  force on  the  drum   , this  force pass  through through  the  centre  of  the  drum   .  The  frictional  between  block  and  drum  set  up  a  breaking  force  and  stop   the   motion   of   the   drum  .

2 .    DOUBLE  BLOCK  OR  SHOE  BREAK 

                       When  pressure  is  applied   by  pressing  the  single  block  aganiost  drum  then  is  side  thrust  in   the  shaft   bearing  because  of  additional   load  due  to  the   normal  force   ,  These  produce  bending  of  the  shaft   The  break  is  set  up  by the  a   spring  which  pulls  the  upper  end  of  the  break  arm  toghther  .  When  force  is  applied  to  the  bell  crank  lever  , the  spring  is  compressed  and  the  break  is  released  .

3 .  BAND   BREAKS 

          The  band  break  may  be  simple  or  differential  break  .
                    The  simple  band   break  consists  of  one  or  more   ropes  ,  belts  or  flexible  steel  band  lined  with  frictional  material  . One  end  of  the  break  is  attached  to  the fulcrum   of  the  lever   while  the   other  end  is  attached  to  the  lever  at  a  point  that  lies  at  a  known  distance  from  the   fulcrum  pin  .
                                               When  force  is  applied at  free end  of   the  lever  the  band  get  pressed  aganist  the  external  surface  of  the  drum  .   This  act  provides  the  breaking  force  between  the block  and  drum  .