Strengthening of existing old structures has traditionally been accomplished by using conventional materials and techniques, viz., externally bonded steel plates, steel or concrete jackets, etc. Alternatively, fibre reinforced polymer composite (FRPC) products started being used to overcome problems associated with conventional materials in the mid 1950s because of their favourable engineering properties. Effectiveness of FRPC materials has been demonstrated through extensive experimental research throughout the world in the last two decades. However there is a need to use refined analytical tools to simulate response of strengthened system. In this paper, an attempt has been made to develop a numerical model of strengthened reinforced concrete (RC) beams with FRPC laminates. Material models for RC beams strengthened with FRPC laminates are described and verified through a nonlinear finite element (FE) commercial code, with the help of available experimental data. Three dimensional (3D) FE analysis has been performed by assuming perfect bonding between concrete and FRPC laminate. A parametric study has also been performed to examine effects of various parameters like fibre type, stirrup's spacing, etc. on the strengthening system. Through numerical simulation, it has been shown that it is possible to predict accurately the flexural response of RC beams strengthened with FRPC laminates by selecting an appropriate material constitutive model. Comparisons are made between the available experimental results in literature and FE analysis results obtained by the present investigators using load-deflection and load-strain plots as well as ultimate load of the strengthened beams. Furthermore, evaluation of crack patterns from FE analysis and experimental failure modes are discussed at the end.
Kim, Hee-Sun;Park, Jae-Yong;Kim, Na-Eun;Shin, Yeong-Soo;Park, Ji-Man;Chun, Youn-Sic
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.4
no.4
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pp.218-226
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2012
PURPOSE. The purpose of this study was to propose finite element (FE) modeling methods for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. MATERIALS AND METHODS. For FE model generation, CT images of skull were translated into 3D FE models, and static analysis was performed considering linear material behaviors and nonlinear geometrical effect. To find out proper boundary and loading conditions, parametric studies were performed with various areas and directions of restraints and loading. The loading directions are prescribed to be same as direction of masseter muscle, which was referred from anatomy chart and CT image. From the analysis, strain and stress distributions of teeth and mandible were obtained and compared with experimental data for model validation. RESULTS. As a result of FE analysis, the optimized boundary condition was chosen such that 8 teeth were fixed in all directions and condyloid process was fixed in all directions except for forward and backward directions. Also, fixing a part of mandible in a lateral direction, where medial pterygoid muscle was attached, gave the more proper analytical results. Loading was prescribed in a same direction as masseter muscle. The tendency of strain distributions between the teeth predicted from the proposed model were compared with experimental results and showed good agreements. CONCLUSION. This study proposes cost efficient FE modeling method for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. The proposed modeling method is validated with experimental data and can further be used to evaluate structural safety of dental prosthesis.
The samples were synthesized by using a solid state reaction. The X-ray diffraction pattern for $Ti_{0.96}Co_{0.02}Fe_{0.02}O_2$ showed a pure rutile phase with tetragonal structure, Mixtures of the proper proportions of the elements sealed in evacuated quartz ampoule were heated at $870{\sim}930^{\circ}C$ for one day and then slowly cooled down to room temperature at a rate of $10^{\circ}C$/h. In order to obtain single phase material, it was necessary to grind the sample after the first firing and to press the powders into pellets before annealing them for a second time in evacuated and sealed quartz ampoule. Magnetic properties have been investigated using the vibrating sample magnetometer (VSM). Room temperature magnetic hysteresis (M-H) curve showed an obvious ferromagnetic behavior and the magnetic moment per Fe atom under the applied of 0.8 T was estimated to be about $1.5\;{\mu}_B$/CoFe. But the magnetic moment per Fe atom under the applied of 0.8 T was estimated to be about $0.02\;{\mu}_B$/CoFe without Ti-getter. Size of particles is about $1\;{\mu}m$ using the transmission electron microscope (TEM). The ingredients of sample are distributed irregular in particles. Only Fe get shown on the surface of particles.
The magnetic and magnetostrictive properties of melt-spun ribbons of the alloys (R0.33Fe0.67)1-xBx (R=Tb0.3Dy0.7 and 0$\leq$x$\leq$0.06) are ivestigated as a function of wheel speed during melt-quenching. The saturation magnetiation of the alloys with a crystalline phase ranges from 70 to 80 emu/g and does not vary substantially with the B content. The saturation magnetization of an amorphous phase, which is formed at the condition of thigh wheel speed and high B content, is reduced significantly, however. The coercive force is minimum at x= 0.02 and increases monotonously with the further increase of B content when the microstructure mainly consists of a crystalline phase, but again it is reduced significantly by the formation of an amorphous phase. The low field sensitivity of magnetostriction with magnetic field is found to be good for the alloys with x$\leq$0.04 over a wide range of wheel speed. This magnetostrictive behavior is in contrast with that observed previously for Dy-Fe and Tb-Fe based alloys and is thought to be due to low intrinsic magnetocrystalline anisotropy of the compound.
The effects of packing materials in the anaerobic reactor and inorganic chemicals in the synthetic wastewater on the anaerobic treatment during the start up period were investigated using anaeroic filter process. The Ringlace and Honeycomb tube as packing materials were used in the anaerobic reactors. The Ca$^{2+}$ and Fe$^{2+}$ ion concentration as inorganic chemicals contained higher 40 times and 100 times as compared to the control synthetic wastewater, respectively. A start up period 104 and 150 days were necessary to achieve loading rate of 0.37 and 0.74 kg-Toc/m$^3$.d in the anaerobic filter process packed by Ringlace and Honeycomb tube, respectively. The loading rates of the reactor using the synthetic wastewater containing Ca$^{2+}$ (40 times) could be increased faster than in the reactors using the synthetic wastewater containing Fe$^{2+}$ ion (100 times) and control synthetic wastewater. The results of XMA analysis that a lot of the Ca$^{2+}$ ion on the surface of the anaerobic sludge in the anaerobic reactor packed by Ringlace which were fed supplied with synthetic wastewater containing Ca$^{2+}$ ion (40 times) observed as compared to the reactors supplied with control synthetic wastewater and containing Fe$^{2+}$ ion (100 times).
This paper describes the refined 3-D finite element (FE) modeling of composite frames composed of concrete-filled steel tubular (CFST) columns and steel-concrete composite beams based on the test to get a better understanding of the seismic behavior of the steel-concrete composite frames. A number of material nonlinearities and contact nonlinearities, as well as geometry nonlinearities, were taken into account. The elastoplastic behavior, as well as fracture and post-fracture behavior, of the FE models were in good agreement with those of the specimens. Besides, the beam and panel zone deformation of the analysis models fitted well with the corresponding deformation of the specimens. Parametric studies were conducted based on the refined finite elememt (FE) model. The analyzed parameters include slab width, slab thickness, shear connection degree and axial force ratio. The influences of these parameters, together with the presence of transverse beam, on the seismic behavior of the composite frame were studied. And some advices for the corresponding seismic design provisions of composite structures were proposed.
Full scale measurement on the structural dynamic characteristics and Vortex-induced Vibrations (VIV) of a long-span suspension bridge with a central span of 1650 m were conducted. Different Finite Element (FE) modeling principles for the separated twin-box girder were compared and evaluated with the field vibration test results, and the double-spine model was determined to be the best simulation model, but certain modification still needs to be made which will affect the basic modeling parameters and the dynamic response prediction values of corresponding wind tunnel tests. Based on the FE modal analysis results, small-scaled and large-scaled sectional model tests were both carried out to investigate the VIV responses, and probable Reynolds Number effects or scale effect on VIV responses were presented. Based on the observed VIV modes in the field measurement, the VIV results obtained from sectional model tests were converted into those of the three-dimensional (3D) full-scale bridge and subsequently compared with field measurement results. It is indicated that the large-scaled sectional model test can probably provide a reasonable and effective prediction on VIV response.
Kim, Yun-Jae;Huh, Nam-Su;Kim, Young-Jin;Choi, Young-Hwan;Yang, Jun-Seok
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.170-177
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2003
This paper proposes a robust method for the Ramberg-Osgood (R-O) fit to accurately estimate elastic-plastic J from engineering fracture mechanics analysis based on deformation plasticity. The proposal is based on engineering stress-strain data to determine the R-O parameters, instead of true stress-strain data. Moreover, for practical applications, the method is given not only for the case when full stress-strain data are available but also for the case when only yield and tensile strengths are available. Reliability of the proposed method for the R-O fit is validated against detailed 3-D Finite Element (FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under global bending using five different materials, three stainless steels and two ferritic steels. Taking the FE J results based on incremental plasticity using actual stress-strain data as reference, the FE J results based on deformation plasticity using various R-O fits are compared with reference J values. Comparisons show that the proposed R-O fit provides more accurate J values for all cases, compared to existing methods for the R-O fit. Advantages of the proposed R-O fit in practical applications are discussed, together with its accuracy.
Nohutcu, H.;Hokelekli, E.;Ercan, E.;Demir, A.;Altintas, G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.5
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pp.653-660
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2017
The aim of this study is to accurately estimate seismic damage and the collapse mechanism of the historical stone masonry minaret "Hafsa Sultan", which was built in 1522. Surveying measurements and material tests were conducted to obtain a 3D solid model and the mechanical properties of the components of the minaret. The initial Finite Element (FE) model is analyzed and numerical dynamic characteristics of the minaret are obtained. The Operational Modal Analysis (OMA) method is conducted to obtain the experimental dynamic characteristics of the minaret and the initial FE model is calibrated by using the experimental results. Then, linear time history (LTH) and nonlinear time history (NLTH) analyses are carried out on the calibrated FE model by using two different ground motions. Iron clamps which used as connection element between the stones of the minaret considerably increase the tensile strength of the masonry system. The Concrete Damage Plasticity (CDP) model is selected in the nonlinear analyses in ABAQUS. The analyses conducted indicate that the results of the linear analyses are not as realistic as the nonlinear analysis results when compared with existing damage.
The effect of gas mixing ratios during gas nitrocarburizing treatment on the formation of compound layer and the mechanical properties has been studied for hot work tool steel by using a combined heat treating technique. The thickness of compound and diffusion layers has been shown to grow as a parabolic relation with increasing the amount of ammonia at a given flow quantity of $CO_2$ gas. The compound layer consists mainly of ${\varepsilon}-Fe_3$(C, N) with small amounts of ${\gamma}^{\prime}-Fe_4N$ and ${\alpha}$-Fe. The combined heat treated hot work tool steel has shown that the thickness of compound layer increases with increasing nitrocarburizing time, but the rate of growth slows down as gas nitrocarburizing time goes more than two hours. Tensile properties have given a remarkable improvement. In particular, the wear resistance of combined heat treated hot work tool steel has exhibited an improvement of about 165% greater than that obtained from conventional quenching and multi-tempering treatments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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