Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1518-1525
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2006
Finite element analyses of structures made of the fiber reinforced composites require an adequate method to characterize the high anisotropic behavior induced by one or several layers of fiber cords with different spatial orientation embedded in a rubber matrix. This paper newly proposes a continuum based rebar element considering change of the orientation of the fiber during deformation of the composite. The mechanical behavior of the embedded fiber is modeled using two-node bar elements in order to consider the relative deformation and spatial orientation of the embedded fiber. For improvement of the analysis accuracy, the load-displacement curve of fiber is applied to the stiffness matrix of fiber. A finite element program is constructed based on the total Lagrangian formulation considering both geometric and material nonlinearity. Finite element analyses of the tensile test are carried out in order to evaluate the validity of the proposed method. Analysis results obtained with the proposed method provides realistic representation of the fiber reinforced rubber composite compared to results of other two models by the Halpin-Tsai equation and a rebar element in ABAQUS/Standard.
Joshi, Digesh D.;Patel, Paresh V.;Rangwala, Husain M.;Patoliya, Bhautik G.
Advances in concrete construction
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v.9
no.3
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pp.235-248
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2020
Progressive collapse in a structure occurs when load bearing members are failed and the adjoining structural elements cannot resist the redistributed forces and fails subsequently, that leads to complete collapse of structure. Recently, construction using precast concrete technology is adopted increasingly because it offers many advantages like faster construction, less requirement of skilled labours at site, reduced formwork and scaffolding, massive production with reduced amount of construction waste, better quality and better surface finishing as compared to conventional reinforced concrete construction. Connections are the critical elements for any precast structure, because in past, major collapse of precast structure took place because of connection failure. In this study, behavior of four different precast wet connections with U shaped reinforcement bars provided at different locations is evaluated. Reduced 1/3rd scale precast beam column assemblies having two span beam and three columns with removed middle column are constructed and examined by performing experiments. The response of precast connections is compared with monolithic connection, under column removal scenario. The connection region of test specimens are filled by cast-in-place micro concrete with and without polypropylene fibers. Performance of specimen is evaluated on the basis of ultimate load carrying capacity, maximum deflection at the location of removed middle column, crack formation and failure propagation. Further, Finite element (FE) analysis is carried out for validation of experimental studies and understanding the performance of structural components. Monolithic and precast beam column assemblies are modeled using non-linear Finite Element (FE) analysis based software ABAQUS. Actual experimental conditions are simulated using appropriate boundary and loading conditions. Finite Element simulation results in terms of load versus deflection are compared with that of experimental study. The nonlinear FE analysis results shows good agreement with experimental results.
Because of the high stress concentration near the toe of a welded joint, the calculation of local stress using the finite element method which is relevant to the fatigue strength of the weld toe crack, is a challenging task. This is mainly caused by the sensitivity of finite element analysis, which usually occurs near the area of a dramatically changing stress field. This paper presents a novel numerical method through which a less mesh-sensitive local stress calculation can be achieved based on the 3D solid finite element, strictly sticking to the original definition of hot spot stress. In order to achieve the goal, a traction stress, defined at 0.5t and 1.5t away from the weld toe, was calculated using either a force-equivalent or work-equivalent approach, both of which are based on the internal nodal forces on the imaginary cut planes. In the force-equivalent approach, the traction stress on the imaginary cut plane was calculated using the simple force and moment equilibrium, whereas the equivalence of the work done by both the nodal forces and linearized traction stress was employed in the work-equivalent approach. In order to confirm the validity of the proposed method, five typical welded joints widely used in ships and offshore structures were analyzed using five different solid element types and four different mesh sizes. Finally, the performance of the proposed method was compared with that of the traditionally used surface stress extrapolation method. It turned out that the sensitivity of the hot spot stress for the analyzed typical welded joints obtained from the proposed method outperformed the traditional extrapolation method by far.
This paper presents a comparison of results obtained by a newly developed numerical model for predicting the behaviour of structures under fire with experimental study carried out on heated and simply supported steel beam elements. A newly developed numerical model consists of three submodels: 3D beam model designed for calculating the inner forces in the structure, 2D model designed for calculation of stress and strain distribution over the cross section, including the section stiffness, and 3D transient nonlinear heat transfer model that is capable of calculating the temperature distribution along the structure, and the distribution over the cross section as well. Predictions of the calculated temperatures and vertical deflections obtained by the numerical model are compared with the results of the inhouse experiment in which steel beam element under load was heated for 90 minutes.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.157-163
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2004
Scoliosis is a complex musculoskeletal dieses requiring 3-D treatment with surgical instrumentation. To investigate the effects of correction surgery, a finite element model of personalized model of the scoliotic spine that will allow the design of clinical test providing optimal estimation of the post-operation results was developed. Three dimensional skeletal parts, such as vertebrae, clavicle and scapular were modeled as rigid bodies with keeping their morphologies. Kinematical joints and spring elements were adapted to represent the inter-vertebral disc and ligaments respectively. With this model, two types of surgery procedure, distraction procedure with Harrington device and rod derotation procedure with pedicle screw and rod system had been carried out. The obtained simulation results were comparatively corresponding to the post operational outcomes and successfully demonstrated qualitative analysis of surgical effectiveness. From this analysis, it has been found that the preparing of appropriate rod curvature and its insertion was more important than just performing the excessive derotation for scoliosis correction.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.25-32
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1988
A formulation of an isoparametric quadrilateral higher-order plate bending finite element is presented. The 8-noded 28-d.o.f. plate element has been degenerated from the three-dimensional continuum by introducing the plate assumptions and considering higher-order in-plane displacement profile. The element characteristics have been derived by the Galerkin's weighted residual method and computed by using the selective reduced integration technique to avoid shear-locking phenomenon. Several numerical examples are given to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed quadrilateral higher-order plate bending element over the other existing plate finite elements in both static and dynamic analyses.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.3
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pp.265-274
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2011
This paper presents current state of the prediction simulator of structural characteristics of machinery equipment accuracy. Developed accuracy prediction simulator proceeds and estimates the structural analysis between the designer and simulator through the internet for convenience of designer. 3D CAD model which is input to the accuracy prediction simulator would simplified by the process of removing the small hole, fillet and chamfer. And the structural surface joints would be presented as the spring elements and damping elements for the structural analysis. The structural analysis of machinery equipment joints, containing rotary motion unit, linear motion unit, mounting device and bolted joint, are presented using Finite Element Method and their experiment. Finally, a general method is presented to tune the static stiffness at a rotation joint considering the whole machinery equipment system by interactive use of Finite Element Method and static load experiment.
An advanced model for the linear flutter analysis is introduced in this paper. Higher-order beam structural models are developed by using the Carrera Unified Formulation, which allows for the straightforward implementation of arbitrarily rich displacement fields without the need of a-priori kinematic assumptions. The strong form of the principle of virtual displacements is used to obtain the equations of motion and the natural boundary conditions for beams in free vibration. An exact dynamic stiffness matrix is then developed by relating the amplitudes of harmonically varying loads to those of the responses. The resulting dynamic stiffness matrix is used with particular reference to the Wittrick-Williams algorithm to carry out free vibration analyses. According to the doublet lattice method, the natural mode shapes are subsequently used as generalized motions for the generation of the unsteady aerodynamic generalized forces. Finally, the g-method is used to conduct flutter analyses of both isotropic and laminated composite lifting surfaces. The obtained results perfectly match those from 1D and 2D finite elements and those from experimental analyses. It can be stated that refined beam models are compulsory to deal with the flutter analysis of wing models whereas classical and lower-order models (up to the second-order) are not able to detect those flutter conditions that are characterized by bending-torsion couplings.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.11B
no.4
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pp.137-145
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2001
The magnetic force calculation methods, the Maxwell's stress tensor method, virtual work method, and nodal force method, are reviewed and the equivalence of them are theoretically proved. The methods are applied to the magnetic force calculation of 2D linear and nonlinear problems, and 3D nonlinear problem. As the results, the convergence of the methods as the number of elements increases, accuracy of the methods, and integral path dependence of the methods are discussed. Finally some recommendations on the usage of the methods, including the determination of the integral path, are given.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.10
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pp.1403-1407
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2013
This paper presents the method to calculate the motor parameters considering skew in EPS Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM). The skew is applied to stator or rotor by general technology used for design of reducing noise and vibration in motor. The characteristics analysis of motor including the skew is mostly used by 3D Finite Element Analysis (FEA), though, this analysis is a very time-consuming to perform. Besides, The reliability lacks due to the considerable change of motor characteristics according to the number of elements in 3D FEA. However, analysis time and effort can be saved by characteristic analysis considering skew using 2D FEA. Therefore, in this paper, a quick and accurate method for the calculations of motor parameters considering skew is suggested. The proposed method is verified by the comparison of calculated and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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