This paper attempts to extract the fundamental dynamic properties, i.e. natural frequencies, damping ratios of the 48 m-long, $20^{\circ}$ skewed real bridge with PSC girders wrapped by a steel plate. The forced vibration test is achieved by mounting 12 Hz-capacity of artificial oscillator on the top of bridge deck. The acceleration histories at the 9 different locations of deck surface are recorded using accelerometors. From this full-scaled vibration test, the two possible resonance frequencies are detected at 2.38 Hz and 9.86 Hz of the skewed bridge deck by sweeping a beating frequency up to 12 Hz. The absolute acceleration/energy exhibits much higher in case of higher-order twist mode, 9.86 Hz due to the skewness of bridge deck which leads asymmetric situation of vibration. This implies the test bridge is under swinging vertically in fundamental flexure mode while the bridge is also flickered up and down laterally at 9.86 Hz. This is probably by asymmetric geometry of skewed deck. A detailed 3D beam-shell bridge models using finite elements are performed under a series of train loads for modal dynamic analyses. Thereby, the effect of skewness is examined to clarify the lateral flickering caused by asymmetrical geometry of bridge deck.
Jeon, Sang Joon;Jeon, Young Jin;Jeon, Seung Chan;Lee, Cheol Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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제21권8호
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pp.15-27
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2020
In the current paper, a series of advanced 3D finite element analyses have been performed on existing pieces of work of negative skin friction from a geotechnical centrifuge test and full-scale field measurements. From these analyses, key features of pile behaviour under the influence of negative skin friction which, previously, were not fully understood in existing studies, have been meticulously discussed. As such, it has been possible to successfully address several numerical modelling issues such as negative skin friction induced pile settlements and group effects (the shielding effect), the effect of sacrificial piles in groups and the interaction between the pile head and the cap, the effect of interface elements at the pile-soil interface and the time-dependent pile behaviour. During a geotechnical centrifuge test, substantial amounts of negative skin frictions were mobilised when centrifugal acceleration increased from 1g to a certain g-level due to an increase in the self-weight of soil. The behaviour of piles inside a group were heavily affected by the sacrificial piles and the connectivity between the pile head and the pile cap. In particular, as negative skin friction has time dependent qualities associated with consolidation, it was logical to perform coupled analyses when analysing piles in consolidating grounds. From the current work, several insufficiencies of previous researches have been addressed, and the engineering pile behaviour subjected to negative skin friction has been clarified.
Although the aircraft industry was the first to use fibre composites, now they are increasingly used in a range of structural applications such as flooring, decking, platforms and roofs. Interlayer delamination is a major failure mode which threatens the reliability of composite structures. Delamination can grow in size under increasing loads with time and hence leads to severe loss of structural integrity and stiffness reduction. Delamination reduces the natural frequency and as a consequence may result in resonance. Hence, the study of the effects of delamination on the free vibration behaviour of multilayer composite structures is imperative. The focus of this paper is to develop a 3D FE model and investigate the free vibration behaviour of fibre composite multilayer sandwich panels with interlayer delaminations. A series of parametric studies are conducted to assess the influence of various parameters of concern, using a commercially available finite element package. Additionally, selected points in the delaminated region are connected appropriately to simulate bolting as a remedial measure to fasten the delamination region in the aim of reducing the effects of delamination. First order shear deformation theory based plate elements have been used to model each sandwich layer. The findings suggest that the delamination size and the end fixity of the plate are the most important factors responsible for stiffness reduction due to delamination damage in composite laminates. It is also revealed that bolting the delaminated region can significantly reduce the natural frequency variation due to delamination thereby improving the dynamic performance.
Mansour, Walid;Sakr, Mohammed A.;Seleemah, Ayman A.;Tayeh, Bassam A.;Khalifa, Tarek M.
Structural Engineering and Mechanics
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제81권3호
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pp.305-316
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2022
Externally bonded ultrahigh performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) is commonly used as a strengthening material for reinforced concrete (RC) structures. This study reports the results of an experimental program investigating the bonding behavior between concrete and prefabricated UHPFRC plates. The overall experimental program is consisting of five RC specimens, which are strengthened using the different lengths and widths of prefabricated UHPFRC plates. These specimens were analyzed using the pull-pull double-shear test. The performance of each strengthened specimen is presented, discussed and compared in terms of failure mode, maximum load, load-slip relationship, fracture energy and strain distribution. Specimen C-25-160-300 which bonded along the whole width of 160 mm recorded the highest maximum load (109.2 kN) among all the analysed specimens. Moreover, a 3D numerical finite element model (FEM) is proposed to simulate the bond behavior between concrete and UHPFRC plates. Moreover, this study reviews the analytical models that can predict the relationship between the maximum bond stress and slip for strengthened concrete elements. The proposed FEM is verified against the experimental program and then used to test 36 RC specimens strengthened with prefabricated UHPFRC plates with different concrete grades and UHPFRC plate widths. The obtained results together with the review of analytical models helped in the formation of a design equation for estimating the bond stress between concrete and prefabricated UHPFRC plates.
Load transfer efficiency (LTE) reflects the structural performance of doweled and undoweled joints of Jointed Concrete Pavement (JCP). A 3-dimensional (3-D) model of JCP was built using ABAQUS software in this study. Three concrete slabs were placed on bonded sublayers composed of a base and subgrade. Spring elements were used to connect the adjacent slabs at joints. Different spring constants were input to the model to simulate different joint stiffness of the concrete pavement. The LTE of the joint increased with an increase of the spring constant. The effects of material properties and geometric shape on the behavior of JCP were analyzed using different elastic modulus and thickness of the slab and base in the modeling. The results showed the elastic modulus of the subgrade affected the behavior of the slab and LTE more than that of the base and the thickness of the slab and base. The effects of a negative temperature gradient on the behavior of the slab and LTE were more than that of positive and zero temperature gradients. Joints with low stiffness were more sensitive to the temperature gradient of the slab.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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제1권2호
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pp.63-74
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2001
In this paper the feasibility of Nondestructive Damage Detection (NDD) in large structures is demonstrated via simulating vibration monitoring of such structures. The theory of NDD for truss type structures is formulated. To examine the feasibility of the theory, a finite element model of a 3-D truss structure, which consists of sixteen bays and includes 246 elements, is developed to simulate damage. Four damage cases are simulated numerically and the cases range from the structure being damaged in one location to the structure being damaged in three locations. For the given modal parameters, this study reveals very good results for small amounts of damage as well as large damage.
Kang, S.B.;Joo, W.;Kim, Y.M.;Kim, H.J.;Choi, J.B.;Choi, K.
Proceedings of the KOSOMBE Conference
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대한의용생체공학회 1996년도 추계학술대회
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pp.349-350
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1996
Using FEM, we analyzed the stress changes on early osteonecrosis of femoral head as the necrotic area increases. A 3D FEM model of proximal femur was made from the CT scam data of fresh frozen adult proximal femur with the material properties from literature. The model consisted of 5994 elements and 5275 nodes. FE analyses were peformed using MSC/NASTRAN. At normal states, stress transmission is mainly along the primary compression trabeculae(PCT). Until 60% involvement of PCT with necrotic lesion, stress transmission is still along the remained PCT. When the PCT involvement is from 60% to 85%, stress transmission is along the PCT and margin of the necrotic lesion. When involvement is more than 85%, stress is mostly transferred to posterior part of femoral head.
In this study, the effects of ring stiffeners for buckling of cylindrical shells with composite materials were analyzed. The finite element method was used: 3-D beam elements were used for stiffeners and flat shell elements were used for cylindrical shells and were improved by introducing a substitute shear strain. The ring stiffeners were of the transverse rib type. The buckling behaviors of the cylindrical shells were analyzed based on various parameters, such as locations and sizes of stiffeners, diameter/length ratios and boundary conditions of shells, and fiber-reinforced angles. Effective reinforcement was examined by understanding the exact behaviors for buckling. The results of the analysis may serve as references for designs and future investigations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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제11권1호
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pp.82-87
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1987
In this study a method of shape optimization is applied to two dimensional heat transfer system. For this the optimization problem is defined in a functional form including cost, constraints and the system governing equation. Then the material derivative concept in continuum mechanics and the adjoint variable method are employed for the shape design sensitivity analysis. With the sensitivity analysis results, an optimum is sought with the gradient projection optimization algorithm. The two dimensional isoparametric finite elements are used for accurate analysis and sensitivity calculations. The above method is employed to find the boundary shape to achieve a desired temperature distribution along a segment of the boundary subject to the maximum area constraint.
Tribst, Joao Paulo Mendes;Dal Piva, Amanda Maria de Oliveira;Borges, Alexandre Luiz Souto;Rodrigues, Vinicius Aneas;Bottino, Marco Antonio;Kleverlaan, Cornelis Johannes
The Journal of Advanced Prosthodontics
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제12권2호
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pp.67-74
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2020
PURPOSE. This study evaluated the influence of prosthesis weight and number of implants on the bone tissue microstrain. MATERIALS AND METHODS. Fifteen (15) fixed full-arch implant-supported prosthesis designs were created using a modeling software with different numbers of implants (4, 6, or 8) and prosthesis weights (10, 15, 20, 40, or 60 g). Each solid was imported to the computer aided engineering software and tetrahedral elements formed the mesh. The material properties were assigned to each solid with isotropic and homogeneous behavior. The friction coefficient was set as 0.3 between all the metallic interfaces, 0.65 for the cortical bone-implant interface, and 0.77 for the cancellous bone-implant interface. The standard earth gravity was defined along the Z-axis and the bone was fixed. The resulting equivalent strain was assumed as failure criteria. RESULTS. The prosthesis weight was related to the bone strain. The more implants installed, the less the amount of strain generated in the bone. The most critical situation was the use of a 60 g prosthesis supported by 4 implants with the largest calculated magnitude of 39.9 mm/mm, thereby suggesting that there was no group able to induce bone remodeling simply due to the prosthesis weight. CONCLUSION. Heavier prostheses under the effect of gravity force are related to more strain being generated around the implants. Installing more implants to support the prosthesis enables attenuating the effects observed in the bone. The simulated prostheses were not able to generate harmful values of peri-implant bone strain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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