Finite element analysis is one of the most used tools for studying femoral neck fracture. Nerveless, consensus concerning either the choice of material characteristics, damage law and /or geometric models (linear on nonlinear) remains unreached. In this work, we propose a numerical quasi-brittle damage model to describe the behavior of the proximal femur associated with two methods to evaluate the Young modulus. Eight proximal femur finite elements models were constructed from CT scan data (4 donors: 3 women; 1 man). The numerical computations showed a good agreement between the numerical curves (load - displacement) and the experimental ones. A very encouraging result is obtained when a comparison is made between the computed fracture loads and the experimental ones ($R^2=0.825$, Relative error =6.49%). All specific numerical computation provided very fair qualitative matches with the fracture patterns for the sideway fall simulation. Finally, the comparative study based on 32 simulations adopting linear and nonlinear meshing led to the conclusion that the quantitatively results are improved when a nonlinear mesh is used.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.3
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pp.43-53
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2022
In this study, analysis of the flow characteristics of pintle-controlled nozzle with split-line TVC system and the thrust performance prediction was performed. The numerical computation was verified by comparing the thrust coefficient derived from the analysis results with the experimental data. By applying the same numerical analysis technique, the flow characteristics of nozzle were confirmed according to operating altitude, pintle stroke position and TVC angle with the 1/10 scale. As the TVC angle increased, thrust loss occurred and the tendency of AF was different depending on the position of the pintle stroke. Based on the analysis results, the relation of thrust coefficient was derived by applying the response surface methods. The thrust performance model with a slight difference of 1.2% on average from the analysis result was generated.
Ko Soon-Heum;Choi Seongjin;Kim Chongam;Rho Oh-Hyun;Park Jeong-joo
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2002.05a
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pp.47-52
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2002
The supersonic flow around multi-stage rocket system is analyzed using 3-D compressible unsteady flow solver. A Chimera overset grid technique is used for the calculation of present configuration and grid around the core rocket is composed of 3 zones to represent fins in the core rocket. Flow solver is parallelized to reduce the computation time, and an efficient parallelization algorithm for Chimera grid technique is proposed. AUSMPW+ scheme is used for the spatial discretization and LU-SGS for the time integration. The flow field around multi-stage rocket was analyzed using this developed solver, and the results were compared with that of a sequential solver The speed-up ratio and the efficiency were measured in several processors. As a result, the computing speed with 12 processors was about 10 times faster than that of a sequential solver. Developed flow solver is used to predict the trajectory of booster in separation stage. From the analyses, booster collides against core rocket in free separation case. So, additional jettisoning forces and moments needed for a safe separation are examined.
In the context of auto-landing containers from a container ship to a truck or automatic guided vehicle and vice versa, this research investigates three schemes, one in Part I and two in Part II, for measuring the absolute position of a container. Coordinate transformations between the reference-coordinate, sensor-coordinate, and body-coordinate systems are briefly discussed. The scheme explored in Part I aims the use of three laser-slit sensors, which are relatively inexpensive. In this case, nine nonlinear equations are formulated for six unknown variables (three for orientation and three for position), so a closed-form solution is not available. Instead, an approximate solution through linearization was derived. An advantage of the method in Part I is its ability to measure an absolute position in 3D space, while a disadvantage is the computation time required to obtain pseudo-inverses and the approximate nature of the obtained solution. Numerical examples are provided.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.576-585
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2002
A three-dimensional Lagrangian explicit time-integration finite element code for analyzing the dynamic impact phenomena was developed. It uses four node tetrahedral elements. In order to consider the effects of strain rate hardening, strain hardening and thermal softening, which are frequently observed in high-velocity deformation phenomena, Johnson-Cook model is used as constitutive model. For more accurate and robust contact force computation, the defense node contact algorithm was adopted and implemented. In order to evaluate the performance of the newly developed three-dimensional hydrocode NET3D, numerical simulations of the oblique impact of mild steel plate by mild steel sphere were carried out. Ballistic limit about various oblique angle between 0 degree and 80 degree was estimated through a series of simulations with different initial velocities of sphere. Element eroding by equivalent plastic strain was applied to mild steel spheres and targets. Ballistic limits and fracture characteristics obtained from simulation were compared with experimental results conducted by Finnegan et al. From numerical studies, the following conclusions were reached. (1) Simulations could successfully reproduce the key features observed in experiment such as tensile failure termed "disking"at normal impacts and outwards bending of partially formed plus segments termed "hinge-mode"at oblique impacts. (2) Simulation results fur 60 degrees oblique impact at 0.70 km/s and 0.91 km/s were compared with experimental results and Eulerian hydrocode CTH simulation results. The Lagrangian code NET3D is superior to Eulerian code CTH in the computational accuracy. Agreement with the experimentally obtained final deformed cross-sections of the projectile is excellent. (3) Agreement with the experimental ballistic limit data, particularly at the high-obliquity impacts, is reasonably good. (4) The simulation result is not very sensitive to eroding condition but slightly influenced by friction coefficient.
A nonlinear finite element model (FEM) using ATENA-3D software to simulate the axially compressive behavior of circular steel tube confined concrete (CSTCC) columns infilled with ultra high performance concrete (UHPC) was presented in this paper. Some modifications to the material type "CC3DNonlinCementitious2User" of UHPC without and with the incorporation of steel fibers (UHPFRC) in compression and tension were adopted in FEM. The predictions of utimate strength and axial load versus axial strain curves obtained from FEM were in a good agreement with the test results of eighteen tested columns. Based on the results of FEM, the load distribution on the steel tube and the concrete core was derived for each modeled column. Furthermore, the effect of bonding between the steel tube and the concrete core was clarified by the change of friction coefficient in the material type "CC3DInterface" in FEM. The numerical results revealed that the increase in the friction coefficient leads to a greater contribution from the steel tube, a decrease in the ultimate load and an increase in the magnitude of the loss of load capacity. By comparing the results of FEM with experimental results, the appropriate friction coefficient between the steel tube and the concrete core was defined as 0.3 to 0.6. In addition to the numerical evaluation, eighteen analytical models for confined concrete in the literature were used to predict the peak confined strength to assess their suitability. To cope with CSTCC stub and intermediate columns, the equations for estimating the lateral confining stress and the equations for considering the slenderness in the selected models were proposed. It was found that all selected models except for EC2 (2004) gave a very good prediction. Among them, the model of Bing et al. (2001) was the best predictor.
2-D numerical methods have been applied to analyze the stability of tunnels because of computation efficiency, though the ground around the tunnel under construction shows 3-D reformational behaviour due to the transverse and longitudinal arching effects. Load distribution factors are introduced to the 2-D analysis for the consideration of the effects of the tunnel advance in three dimensions. The load distribution factors influence significantly the ground deformation and the load of primary supports like shotcrete and rockbolts. According to the previous studies for 3-D numerical studies. it was shown that load distribution factors were heavily dependent on the ground deformational properties, tunnel size and the advance length of a tunnel. However, as the quantitative methods evaluating the factors have not been presented yet, constant values have been assigned to the factors for 2-D analysis even if the conditions for tunnel design are different. Accordingly, this paper presents the method to evaluate quantitatively the load distribution factors through the regression analysis of 3-D analysis data on 72 design cases. Also, new modification to the load distribution factors are suggested for the ring-cut excavation method because the conventional 2-D analysis is not able to consider the support effects of the core left on the tunnel face.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.05a
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pp.5-8
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1999
The present work is concerned with three-dimensional finite element analysis of the hollow section extrusion process using a porthole die. For economic computation, mismatching refinement, an efficient domain decomposition method with different mesh density for each subdomain, is implemented. The proposed method improves the computational efficiency significantly, especially fur the three-dimensional analysis of extrusion problems. As a numerical example, extrusion of the underframe part of a railroad vehicle are analyzed. For three-dimensional mesh generation of a complicated shape with hexahedral elements, a modified grid-based approach with the surface element layer is utilized. The analysis results are then successfully reflected on the industrial porthole die design.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.11
no.3
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pp.337-344
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2000
The wavelet analysis technique is applied in the spectral domain to efficiently represent the multi-scale features of the impedance matrices. In this scheme, the 2-D quadtree decomposition (applying the wavelet transform to only the part of the matrix) method often used in image processing area is applied for a sparse moment matrix. CG(Conjugate-Gradient) method is also applied for saving memory and computation time of wavelet transformed moment matrix. Numerical examples show that for rectangular cylinder case the non-zero elements of the transformed moment matrix grows only as O($N^{1.6}$).
Kim, Tai-Hoon;Shin, Seung-Kwon;Cho, Young-Ho;Lee, Han-Seok;Lee, Jae-Chun;Ahn, Doo-Soo
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.50
no.11
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pp.505-513
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2001
This paper presents the new three-level optimal control scheme for the large scale nonlinear systems, which is based on fast walsh transform. It is well known that optimization for nonlinear systems leads to the resolution of a nonlinear two point boundary value problem which always requires a numerical iterative technique for their solution. However, Three-level costate coordination can avoid two point boundary condition in subsystem. But this method also has the defect that must solve high order differential equation in intermediate level. The proposed method makes use of fast walsh transform, therefore, is simple in computation because of solving algebra equation instead of differential equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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