Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.1
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pp.75-82
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2007
This paper addresses a method for shape optimization of a continuous elastic body considering stability, i.e., buckling behavior. The sensitivity formula for critical load is analytically derived and expressed in terms of shape variation, based on the continuum formulation of the stability problem. Unlike the conventional finite difference method (FDM), this method is efficient in that only a couple of analyses are required regardless of the number of design parameters. Commercial software such as ANSYS can be employed since the method requires only the result of the analysis in computation of the sensitivity. Though the buckling problem is more efficiently solved by structural elements such as a beam and shell, elastic solids have been chosen for the buckling analysis because solid elements can generally be used for any kind of structure whether it is thick or thin. Sensitivity is then computed by using the mathematical package MATLAB with the initial stress and buckling analysis of ANSYS. Several problems we chosen in order to illustrate the efficiency of the presented method. They are applied to the shape optimization problems to minimize weight under allowed critical loads and to maximize critical loads under same volume.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.3
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pp.51-61
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1989
Recently, the growth in the propulsion power and propeller size of typical energy saving ships has resulted in severe damages of the oil-lubricated stern tube bearing. Consequently, a more rational analytical method for the design of the shafting system is required. In this paper an analytical method applicable to the design of the oil-lubricated stern tube bearing and shafting system is presented. The method consists of the finite element analysis of the shafting system and the oil film hydrodynamics. The shafting system is modeled as a three-dimensional problem using beam elements taking account for the steady components of thrust, lateral forces and moments of the propeller as well as the elastic foundation effects. The oil film hydrodynamics is modeled as a two-dimensional problem. Equal and retangular elements employing hourglass control method are used for the construction of the oil film fluidity matrix. To search the quasi-static equilibrium position between the propeller shaft and the oil film, an optimization technique is employed. Some numerical results based on the proposed method are compared with some measured and numerical data available. They show acceptable agreements with the data.
Journal of Korean Academy of Oral and Maxillofacial Radiology
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v.22
no.1
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pp.7-22
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1992
The stress distributions on a human mandible for 18 load cases under two different boundary conditions (mouth open and closed), using the three dimensional finite element modeling were studied. Also, the expected fracture loads for each load cases were calculated by using the Von-Mises yield criterion. The model of a mandible with all teeth was composed of 2402 hexahedron elements and 3698 nodes. CAD techniques were used to analyze the 3-dimensional results. The conclusions of this study were as follows: 1. In the mouth open state, the maximum stress occured at the condyle neck; when the lateral load was exerted, the maximum stress occured at the load side condyle. 2. In the mouth closed state, when the loads were exerted on the mandibular body and chin, the maximum stress occured at the loaded area, and when the loads were exerted on the angle and ramus, the maximum stress occured at the condyle neck. 3. The expected fracture loads in each load case were calculated using the Von-Mises yield criterion, and it was confirmed that the mandible in the mouth open state was more easily fractured than that in the mouth closed state, and the expected fracture loads are lesser in the cases that load direction is parallel at mandibular plane than 45°. 4. The magnitudes of the expected fracture loads increased in the order of angle, ramus, body and chin in case of the mouth closed state, while chin, body, angle and ramus in case of the mouth open state. 5. The Von-Mises stress concentration regions analyzed by F.E.M. corresponded well with the results of clinical studies.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.1
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pp.41-49
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1997
This paper presents the result of an international cooperative research on the post-correlation analysis of forced vibration tests and the prediction of earthquake responses of a large-scale seismic test structure. The dynamic analysis is carried out using the axisymmetric finite element method incorporating in finite elements for the for field soil region. Through the post-correlation analysis, the properties of the soil layers are revised so that the best correlation in the responses may be obtained compared with the measured force vibration test data. Utilizing the revised soil properties as the initial linear values, the seismic responses are predicted for an earthquake using the equivalent linearlization technique. It has been found that the predicted responses by the equivalent nonlinear procedure are in excellent agreement with the observed responses, while those using the linear properties are fairly off from the measured results.
This study was undertaken to analyze the displacement and stress distribution in the mandible according to the pulling directions during mandibular first molar cervical traction after mandibular second molar extraction. The 3-dimensional finite element method(FEM) was used for a mathematical model composed of 594 elements and 1019 nodes. An orthodontic force, 450 gm, was applied to the each mandibular first molar in parallel, and below the occlusal plane by $7^{\circ}\;and\;25^{\circ}$ and meet the midsagittal plane by $40^{\circ}$ toward posterior direction. The results were as follows: 1. Mandibular teeth were displaced in more downward, posterior and lateral direction. Especially high stress was noted in case of parallel pull than in case of below the occlusal plane by $7^{\circ}\;and\;25^{\circ}$. 2. Mandibular first molar was moved bodily. 3. Generally, alveolar bone, mandibular body, ascending ramus and mandibular angle portion were displaced in downward, posterior and lateral direction. But coronoid process was displaced in downward, forward and lateral direction, and anterior and inner middle portion of condyle head and neck were displaced in downward, forward and medial direction, and posterior and outer middle portion of condyle head and neck were displaced in upward, forward and medial direction. 4. Maximum stress was observed at the condyle head and neck portion. With steeper direction of force, condyle head and neck showed more stress than parallel relation to the occlusal plane.
Kim, Ji-Seon;Lee, Gyeong-Chan;Kweon, Jin-Hwe;Cho, Jin-Ho;Cho, Jong-Rae;Cho, Sang-Rae;Cho, Yoon-Sik
Composites Research
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v.24
no.4
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pp.17-22
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2011
In this paper, as a basic research to apply the composite sandwich to underwater vehicle, the manufacturing, analysis and test methods, and weight saving effect of a composite sandwich cylinder under external pressure were studied. A two-step manufacturing method to prevent the wrinkling of the sandwich cylinder face was proposed and the three cylinders were made and tested. Finite element results based on the shell and solid model using MSC.Nastran were compared with test results. The comparison showed that the linear finite element analysis using the shell and solid elements can predict the buckling pressure of the sandwich cylinder with approximately 3% difference. The parametric study of the filament wound cylinders revealed that the composite sandwich can reduce the weight of the cylinder more than 30% compared with the filament wound cylinder supporting the same pressure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.576-585
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2002
A three-dimensional Lagrangian explicit time-integration finite element code for analyzing the dynamic impact phenomena was developed. It uses four node tetrahedral elements. In order to consider the effects of strain rate hardening, strain hardening and thermal softening, which are frequently observed in high-velocity deformation phenomena, Johnson-Cook model is used as constitutive model. For more accurate and robust contact force computation, the defense node contact algorithm was adopted and implemented. In order to evaluate the performance of the newly developed three-dimensional hydrocode NET3D, numerical simulations of the oblique impact of mild steel plate by mild steel sphere were carried out. Ballistic limit about various oblique angle between 0 degree and 80 degree was estimated through a series of simulations with different initial velocities of sphere. Element eroding by equivalent plastic strain was applied to mild steel spheres and targets. Ballistic limits and fracture characteristics obtained from simulation were compared with experimental results conducted by Finnegan et al. From numerical studies, the following conclusions were reached. (1) Simulations could successfully reproduce the key features observed in experiment such as tensile failure termed "disking"at normal impacts and outwards bending of partially formed plus segments termed "hinge-mode"at oblique impacts. (2) Simulation results fur 60 degrees oblique impact at 0.70 km/s and 0.91 km/s were compared with experimental results and Eulerian hydrocode CTH simulation results. The Lagrangian code NET3D is superior to Eulerian code CTH in the computational accuracy. Agreement with the experimentally obtained final deformed cross-sections of the projectile is excellent. (3) Agreement with the experimental ballistic limit data, particularly at the high-obliquity impacts, is reasonably good. (4) The simulation result is not very sensitive to eroding condition but slightly influenced by friction coefficient.
The influence of the plastic flow rules on the elasto-plastic behaviour of a discrete joint element was investigated by performing the numerical direct shear tests under both constant normal displacement and normal displacement conditions. The finite interface elements obeying Plesha’s joint constitutive law was used to allow the relative motion of the rock blocks on the joint surface. Realistic results were obtained in the tests adopting the non-associated flow rule, while the associated flow rule overestimated the joint dilation. To overcome the computational drawbacks coming from the non-symmetric element stiffness matrix in the conventional non-associated plasticity, the symmetric formulation of the tangential stiffness matrix for a non-associated joint element was proposed. The symmetric elasto-plastic matrix it derived by assuming an imaginary equivalent joint with associated flow rule which shows the same plastic response as that of original Joint with non-associated flow rule. The validity of the formulation was confirmed through the numerical direct shear tests under constant normal stress condition.
In cementless total hip arthroplasty(THA), an initial stability of the femoral component is mandatory to achieve bony ingrowth and secondary long term fixation. Bone ingrowth depends strongly on relative micromotion and stress distributions at the interface. Primary stability of the femoral component can be obtained by minimizing the magnitude of relative micromotions at bone-prosthesis interface, Hence an accurate evaluation of interface behavior and stress/strain fields in the bone implant system may be relevant for better understanding of clinical situations and improving THA design. However, complete evaluation of load transfer in the bone remains difficult to assess experimentally, Hence, recently finite element method (FEM) was introduced in orthopaedic research field to fill the gap due to its unique capacity to evaluate stress in structure of complex shape, loading and material behavior. The authors developed the 3-dimensional numerical finite element model which is composed of totally 1179 elements off and 8 node blick. We also analyzed the micromotions at the bone-stem interface and mechanical behavior of existing bone prosthesis for a loading condition simulating the single leg stance. The result indicates that the values of relative motion for this well fit Multilock stem were $150{\mu}m$ in maximum, $82{\mu}m$ in minimum, and the largest relative motion developed in medial region of proximal femur with anterior-posterior direction. The proximal region of the bone was much larger in motion than the distal region and the stress pattern shows high stress concentration on the cortex near the tip of the stem. These findings indicates that the loading in the proximal femoral bone in the early postoperative situation can produce micromotions on the interface and clinically cementless TEA patient should not be allowed weight bearing strictly early in the postoperative period.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory) concept such as the effect of compression softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. In this category, tangential or secant material stiffnesses for cracked concrete were also defined and discussed in view of the iterative solution schemes for nonlinear equations. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Nonlinear Analysis of structrual Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed baed on the CFT constitutive relationships and the incremetal solution strategy described enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range. crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verfication purpose of NASCOM, the prediction of Cervenka's panel test results including the load resistance and the deformation history was made. A limited number of predictions indicate a good correlation in a general sense.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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