Ouch, Rithy;Ukritchon, Boonchai;Pipatpongsa, Thirapong;Khosravi, Mohammad Hossein
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.6
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pp.1021-1046
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2017
The assessment of slope stability is an essential task in geotechnical engineering. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) was employed to investigate the performance of different shear pin arrangements to increase the stability of a soil block resting on an inclined plane with a low-interface friction plane. In the numerical models, the soil block was modeled by volume elements with linear elastic perfectly plastic material in a drained condition, while the shear pins were modeled by volume elements with linear elastic material. Interface elements were used along the bedding plane (bedding interface element) and around the shear pins (shear pin interface element) to simulate the soil-structure interaction. Bedding interface elements were used to capture the shear sliding of the soil on the low-interface friction plane while shear pin interface elements were used to model the shear bonding of the soil around the pins. A failure analysis was performed by means of the gravity loading method. The results of the 3D FEA with the numerical models were compared to those with the physical models for all cases. The effects of the number of shear pins, the shear pin locations, the different shear pin arrangements, the thickness and the width of the soil block and the associated failure mechanisms were discussed.
Kim, Sung Chan;Ryu, Cheolho;Lee, Jang Hyun;Lee, Kyung Seok
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.2
no.3
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pp.150-157
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2016
When blocks are supported on a dock, huge reaction forces concentrated at the supports cause structural damage owing to local stress concentrations. Thus, the supports should be arranged to avoid local failure from the reaction forces by redistributing those forces. Docking analyses to determine the proper blocks and their support arrangements are introduced so that the local stresses are minimized to warrant the safety of the docking supports. Local stresses enforced by the support arrangement should be evaluated by finite element analysis (FEA). However, it is difficult to consider an accurate 3D geometry of the blocks in the finite element model because the structural design information is too complicated to determine within several days using the FEA model. This paper presents a simplified FE model to evaluate the safety of the arrangement of supports using a simplified grillage element. The grillage element can be efficiently used to obrain the reaction forces in docking analysis becasuse the reaction forces at the supports are enough to assess the safety of block. Since a simplified grillage model of the entire ship cannot accurately calculate the local stresses, an optimized modeling method based on the grillage element was introduced. The local reaction forces obtained by the proposed approach and three-dimensional FEA were discussed for typical types of ships. It is shown that the reaction forces obtained by the present grillage model are in reasonably good agreement with the FEA model.
Ryu, K.S.;Park, Y.T.;Son, D.;Atherton, D.L.;Clapham, L.
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.13
no.2
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pp.76-81
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2003
Non-linear anisotropic materials were used to simulate the effects of tensile stress in 3D finite element analysis (FEA). FEA was used to calculate the effects of far and near-side pit depth and tensile stress on magnetic flux leakage (MFL) signals. The axial and radial MFL signals were depended on far and near-side double circular pit depth and on the stress, but the circumferential MFL signal was not depended on them. The axial and radial MFL signals increased with greater pit depth and applied stress, but the circumferential MFL signal was scarcely changed.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
In this paper, the general electromagnetic design process of a 10-MW-class high-temperature superconducting (HTS) synchronous generator that is intended to be utilized for large scale offshore wind generator is discussed. This paper presents three-dimensional (3D) electromagnetic design proposal and electrical characteristic analysis results of a 10-MW-class HTS synchronous generator for wind power. For more detailed design by reducing the errors of a two-dimensional (2D) design owing to leakage flux in air-gap, we redesign and analyze the 2D conceptual electromagnetic design model of the HTS synchronous generator using 3D finite element analysis (FEA) software. Then electrical characteristics which include the no-load and full-load voltage of generator, harmonic contents of these two load conditions, voltage regulation and losses of generator are analyzed by commercial 3D FEA software.
The thermal elasto-plastic analysis for the prediction of welding distortion of a 3 dimensional large-scaled ship structure is a very time-consuming work since the analysis is a nonlinear problem, and a lot of finite elements are needed to simulate the large ship hull block. Generally, 3-D finite elements have been used in the 3-D welding distortion problem to assess precisely the temperature gradient through the thickness direction of the welding plate. As a result of the adoption of 3-D element, degrees of freedom are rapidly increased in the problem to be solved. In this study, to improve the time efficiency of welding thermal elasto-plastic analysis, a layered shell element was proposed to simulate 3-D temperature gradient, and the results were compared with the experiment. The experiments were carried out for the type of bead-on-plate welding, and we found the measured data have a good agreement with the FEA results.
This paper presents investigation of a three-dimensional (3-D) nonlinear finite element model analysis to examine the behavior of reinforced concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites to enhance the flexural capacity and ductility of the beams. Three-dimensional nonlinear finite element models were developed between the internal reinforcement and concrete using a smeared relationship. In addition, bond models between the concrete surface and CFRP composite were developed using a smeared bond for general analyses and a contact bond for sensitivity analyses. The results of the FEA were compared with the experimental data on full-scale members. The results of two finite-element bonding models showed good agreement with those of the experimental tests.
This paper proposed a numerical investigation based on finite elements analysis (FEA) in order to study the punching shear behavior of reinforced concrete (RC) flat slabs using ABAQUS and SAP2000 programs. Firstly, the concrete and the steel reinforcements were modeled by hexahedral 3D solid and linear elements respectively, and the nonlinearity of the used materials was considered. In order to validate this model, experimental results considered in literature were compared with the proposed FE model. After validation, a parametric study was performed. The parameters include the slab thickness, the flexure reinforcement ratios and the axial membrane loads. Then, to reduce the time of FEA, a simplified modelling using 3D layered shell element and shear hinge concept was also induced. The effect of the footings settlement was studied using the proposed simplified nonlinear model as a case study. Results of numerical models showed that increase of the slab thickness by 185.7% enhanced the ultimate load by 439.1%, accompanied with a brittle punching failure. The punching failure occurred in one of the tested specimens when the tensile reinforcement ratio increased more than 0.65% and the punching capacity improved with increasing the horizontal flexural reinforcement; it decreased by 30% with the settlement of the outer footings.
This paper describes an in-depth analysis on flexural strength of a girder-deck system experiencing a strand debonding damage with various strengthening systems, based on finite element software ABAQUS. A detailed finite element analysis (FEA) model was developed and verified against the relevant experimental data performed by other researchers. The proposed analytical model showed a good agreement with experimental data. Based on the verified FE model, over a hundred girder-deck systems were investigated with the consideration of following variables: 1) debonding level, 2) span-to-depth ratio (L/d), 3) strengthening type, 4) strengthening material thickness. Based on the data above, a new detailed analytical model was developed and proposed for estimating residual flexural strength of the strand-debonding damaged girder-deck system with strengthening systems. It was demonstrated that both finite element model and analysis model could be used to predict flexural behaviors for debonding damaged prestressed girder-deck systems. Since the strands are debonding from surrounding concrete over a certain zone over the length of the beam, the increase of strain in strands can be linked with a ratio ψ, which is Lp/c. The analytical model was proposed and developed regarding the ratio ψ. By conducting procedure of calculating ψ, the ψ value varies from 9.3 to 70.1. Multiple nonlinear regression analysis was performed in Software IBM SPSS Statistics 27.0.1 to derive equation of ψ. ψ equation was curved to be an exponential function, and the independent variable (X) is a linear function in terms of three variables of debonding level (λ), span length (L), and amount of strengthening material (As). The coefficient of determinate (R2) for curve fitting in nonlinear regression analysis is 0.8768. The developed analytical model was compared to the ultimate capacities computed by FEA model.
This paper presents the torque calculation and parametric analysis of synchronous permanent magnet couplings (SPMCs). Based on a magnetic vector potential, we obtained the analytical magnetic field solutions produced by permanent magnets (PMs). Then, the analytical solutions for a magnetic torque were obtained. All analytical results were extensively validated with the non-linear a two-dimensional (2D) finite element analysis (FEA). In particular, test results such as torque measurements are presented that confirm the analysis. Finally, using the derived analytical magnetic torque solutions, we carried out a parametric analysis to determine the influence of the design parameters on the SPMC's behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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