Park, Seong-Jae;Kim, Joo-Hyeun;Kim, So-Yeun;Yun, Mi-Jung;Ko, Sok-Min;Huh, Jung-Bo
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.50
no.1
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pp.36-43
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2012
Purpose: To analyze the stress distribution of the implant and its supporting structures through 3D finite elements analysis for implants with different hexagon heights and to make the assessment of the mechanical stability and the effect of the elements. Materials and methods: Infinite elements modeling with CAD data was designed. The modeling was done as follows; an external connection type ${\phi}4.0mm{\times}11.5mm$ Osstem$^{(R)}$ USII (Osstem Co., Pusan, Korea) implant system was used, the implant was planted in the mandibular first molar region with appropriate prosthetic restoration, the hexagon (implant fixture's external connection) height of 0.0, 0.7, 1.2, and 1.5 mm were applied. ABAQUS 6.4 (ABAQUS, Inc., Providence, USA) was used to calculate the stress value. The force distribution via color distribution on each experimental group's implant fixture and titanium screw was studied based on the equivalent stress (von Mises stress). The maximum stress level of each element (crown, implant screw, implant fixture, cortical bone and cancellous bone) was compared. Results: The hexagonal height of the implant with external connection had an influence on the stress distribution of the fixture, screw and upper prosthesis and the surrounding supporting bone. As the hexagon height increased, the stress was well distributed and there was a decrease in the maximum stress value. If the height of the hexagon reached over 1.2mm, there was no significant influence on the stress distribution. Conclusion: For implants with external connections, a hexagon is vital for stress distribution. As the height of the hexagon increased, the more effective stress distribution was observed.
Park, Yong-Myung;Park, Jae-Bong;Kim, Dong-Hyun;Choi, Byung-Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.2
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pp.199-210
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2011
The cables in cable-stayed bridges are under high stress and are very sensitive to vibration due to their small section areas compared with other members. Therefore, it is reasonable to evaluate the cable impact factor by taking into account the dynamic effect due to moving-vehicle motion. In this study, the cable impact factors were evaluated via moving-vehicle-load analysis, considering the design parameters, i.e., vehicle weight, cable model, road surface roughness, vehicle speed, longitudinal distance between vehicles. For this purpose, two steel composite cable-stayed bridges with 230- and 540-m main spans were selected. The results of the analysis were then compared with those of the influence line method that is currently being used in design practice. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608, and the convergence of impact factors according to the number of generated road surfaces was evaluated to improve the reliability of the results. A9-d.o.f. tractor-trailer vehicle was used, and the vehicle motion was derived from Lagrange's equation. 3D finite element models for the selected cable-stayed bridges were constructed with truss elements having equivalent moduli for the cables, and with beam elements for the girders and the pylons. The direct integration method was used for the analysis of the bridge-vehicle interaction, and the analysis was conducted iteratively until the displacement error rate of the bridge was within the specified tolerance. It was acknowledged that the influence line method, which cannot consider the dynamic effect due to moving-vehicle motion, could underestimate the impact factors of the end-cables at the side spans, unlike moving-vehicle-load analysis.
Many transmission towers, high-rise buildings and bridges are constructed near steep slopes and are supported by large-diameter piles. These structures may be subjected to large lateral loads, such as violent winds and earthquakes. Widely used types of foundations for these structures are pier foundations, which have large-diameters with high stiffness. The behavior of a pier foundation subjected to lateral loads is similar to that of a short rigid pile because both elements seem to fail by rotation developing passive resistance on opposite faces above and below the rotation point, unlike the behavior of a long flexible pile. This paper describes the results of several numerical studies performed with a three-dimensional finite element method (FEM) of model tests of a laterally loaded short pile located near slopes, respectively. In this paper, the results of model tests of single piles and pile groups subjected to lateral loading, in homogeneous sand with 30$^{\circ}$ slopes and horizontal ground were analyzed by the 3-D FE analyses. The pile was assumed to be linearly elastic. The sand was assumed to have non-associative characteristics, following the MC-DP model. The failure criterion is governed by the Mohr-Coulomb equation and the plastic potential is given by the Drucker-Prager equation. The main purpose of this paper is the validation of the 3-D elasto-plastic FEM by comparisons with the experimental data.
Kang, JaeWon;Kang, Da Hoon;Cho, Jin Yeon;Kim, Jeong Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.3
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pp.210-218
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2018
In order to generate meshes automatically for finite element analysis of complex structures such as aircraft, a large number of triangular elements are typically created. However, triangular elements are less accurate than rectangular elements, so it is difficult to obtain a reliable solution. This problem can be improved through the meshfree method using the back cell integration. However, this method also causes some problems such as over-use of the integration points and inefficiency of the integral domain. In order to improve these problems, a method of performing integration by setting the integral area based on a node basis has been proposed, but in the case of incompressible material problems, the numerical accuracy deteriorates due to the vibration phenomenon of the solution. Therefore, in this paper, the modified meshfree method is proposed which sets the integral domain as an element domain instead of the nodal domain, and the proposed method improves the numerical instability caused by the conventional meshfree method without decreasing the accuracy regardles of the shape of integral domain. The effectiveness of the modified meshfree method is verified by using 2-D examples.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.4D
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pp.491-497
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2009
This paper presents the results of accelerated pavement tests (APT) that simulate permanent deformation (rutting) of asphalt concrete pavements under different temperatures and loading courses. Also, finite element (FE) analysis has been conducted to predict the test results. Test section for APT is the same as one of test sections at Korea Expressway Corporation test road and is subjected to a constant moving dual tire wheel load of APT at three different temperatures: 30, 40, $50^{\circ}C$. The moving wheel is applied at different loading courses within a 75cm wide wheel path to account for traffic wandering. Also, the effect of wandering on permanent deformation development is investigated numerically with three wandering schemes. In this study, ABAQUS is adopted to model APT pavement section with plain stain elements and creep strain rate model is used to take into account viscoplastic stain of asphalt concrete mixtures, and elastic layer properties are back-calculated from FWD measurements. Plus, the effect of boundary condition and subgrade on FE permanent deformation predictions is investigated. A full FE model that accounted for subgrade provided more realistic rut depth predictions, indicating subgrade has contributed to surface rutting.
In recent decades, the protection and vulnerability of civil structures under explosion loads became a critical issue in terms of security, which may cause loss of lives and structural damage. Concrete retaining walls also restrict soils and slopes from displacements; meanwhile, intensive temporary loading may cause massive damage. In the current study, the modified Johnson-Holmquist (also known as J-H2) material model is implemented for concrete materials to model damages into the ABAQUS through user-subroutines to predict the blasting-induced concrete damages and volume strains. For this purpose, a 3D finite-element model of the concrete retaining wall was conducted in coupled Eulerian-Lagrangian simulation. Subsequently, a blast load equal to 500 kg of TNT was considered in three different positions due to UFC 3-340-02. Influences of the critical parameters in smooth blastings, such as distance from a free face, position, and effective blasting time, on concrete damage rate and destroy patterns, are explored. According to the simulation results, the concrete penetration pattern at the same distance is significantly influenced by the density of the progress environment. The result reveals that the progress of waves and the intensity of damages in free-air blasting is entirely different from those that progress in a dense surrounding atmosphere such as soil. Half-damaged elements in air blasts are more than those of embedded explosions, but dense environments such as soil impose much more pressure in a limited zone and cause more destruction in retaining walls.
Kim, Sung-Bae;Kim, Sung-Jae;Park, Jeong-Cheon;Uhm, Ki-Ha;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.3
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pp.267-275
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2014
Recently, the construction of curved bridge has increased, thus researchers perform the analytic studies on PSC curved bridge. However, the grid analysis method that are mostly used in the construction industry is not adequate to acquire the precise behavior evaluation of curved PSC briges. Therefore, the precise finite element analysis considering the effective variables were performed to establish the basis for the design method of curved PSC bridge by using 3D elements and bar element. The evaluated variables in this analysis were the number of girders, loading point, section figure, change of prestressing force. The results show the load carrying capacity of the 3 girder type bridge is 200% of that of the 2 girder type, and that applying load on outer girder makes the load resistance capacity and the deflection deviation of 2 girders smaller. The structural capacity of the bridge is improved when the section size is increased, but the efficiency of it is not sufficient enough compare to that of the change of prestressing forces. The change of prestressing forces shows that the camber and the load carrying capacity are linearly increased as PS force is increased. Moreover, when the PS force applied on outer girder is increased than that of inner girder, the deviation of deflection the girders decreases, thereby the stability of the bridge is enhanced.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.718-723
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2017
When structural analysis modelling methods of practical fields are investigated, a slab is generally modeled by a finite element mesh using plate elements and a shear wall is modeled using a shell element or wall element for 3-D structural analysis. The point worthy of notice in this practice is that a shear wall is modelled using only one wall or shell element divided by floors and column lines to produce structural models. The modeling method like this can cause analysis errors according to the type of computer programs in use, and these errors reduce the reliability of the analysis results. Therefore, to secure the reliability of structural analysis, studies of the causes of errors and finding reasonable modeling methods are necessary. In this study, the causes of analysis errors according to the modelling methods of a shear wall, which are used in practical fields, were investigated and some considering matters for modelling a shear wall are presented to reduce the analysis errors on these analysis results.
Jimenez, Guillermo A. Lopez;Dias, Daniel;Jenck, Orianne
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.2
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pp.155-170
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2022
An accurate analysis of structures supported on soft soils and subjected to seismic loading requires the consideration of the soil-foundation-structure interaction. An important aspect of this interaction lies with the energy dissipation due to soil material damping. Unlike advanced constitutive models that can induce energy loss, the use of simple elastoplastic constitutive models requires additional damping. The frequency dependent Rayleigh damping is a formulation that is frequently used in dynamic analysis. The main concern of this formulation is the correct selection of the target damping ratio and the frequency range where the response is frequency independent. The objective of this study is to investigate the effects of the Rayleigh damping parameters in soil-pile-structure and soil-inclusion-platform-structure systems in the presence of soft soil under seismic loading. Three-dimensional analyses of both systems are carried out using the finite difference software Flac3D. Different values of target damping ratios and minimum frequencies are utilized. Several earthquakes are used to study the influence of different excitation frequencies in the systems. The soil response in terms of accelerations, displacements and strains is obtained. For the rigid elements, the results are presented in terms of bending moments and normal forces. The results show that when the frequency of the input motion is close to the minimum (central) frequency in the Rayleigh damping formulation, the overdamping amount is reduced, and the surface spectral acceleration of the analyzed pile and inclusion systems increases. Thus, the bending moments and normal forces throughout the piles and inclusions also increase.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.729-740
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1994
In the shape optimal design based on h-version of FEM, the ideal mesh for the initial geometry most probably will not be suitable for the final analysis. Thus, it is necessary to remesh the geometry of the model at each stage of optimization. However, the p-version of FEM appears to be a very attractive alternative for use in shape optimization. The main advantages are as follows; firstly, the elements are not sensitive to distortion for interpolation polynomials of order $p{\geq}3$; secondly, even singular problems can be solved more efficiently with p-version than with the h-version by proper mesh design; thirdly, the initial mesh design are identical. The 2-D p-version model for shape optimization is presented on the basis of Bezier's curve fitting, gradient projection method, and integrals of Legendre polynomials. The numerical results are performed by p-version software RASNA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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