The Finite Element Analysis (FEA) is evidently a powerful tool for the analysis of structural concrete having nonlinearity and brittle failure properties. However, the result of FEA of structural concrete is sensitive to two modeling factors: the shear transfer coefficient (STC) for an open concrete crack and force convergence tolerance value (CONVTOL). Very limited work has been done to find the optimal FE Modeling (FEM) methodologies for structural concrete members strengthened with externally bonded FRP sheets. A total of 22 experimental deep beams with or without FRP flexure or/and shear strengthening systems are analyzed by nonlinear FEA using ANAYS program. For each experimental beams, an FE model with a total of 16 cases of modeling factor combinations are developed and analyzed to find the optimal FEM methodology. Two elements the SHELL63 and SOLID46 representing the material properties of FRP laminate are investigated and compared. The results of this research suggest that the optimal combination of modeling factor is STC of 0.25 and CONVTOL of 0.2. A SOLID 46 element representing the FRP strengthening system leads to better results than a SHELL 63 element does.
The purpose of this study was to evaluate the flexure stregth of posterior 4-unit acrylic resin bridge with different pontic designs : 1) Conventional pontic 2) Hygienic pontic and 3) Modified hygienic pontic. All specimens were made of self-curing acrylic resin for provisional restorations. Self-curing acrylic resin was filled in a silicone mold by the drop-on technique ; and was polymerized in a pressure spot under 20 psi pressure. The test specimens which were simply shaped posterior 4-unit bridge were 38mm ion 4mm wide, and 35mm thick(connector : 3mm thick). Each specimen was subjected to an increasing load of Instron machine with its tip centered on the specimen at 90-degree angle, and the machine was operated with its load cell of 50kg and its crosshead speed, 2mm/minute : and then the load values at the moment of the fracture of them were recorded. This study was also performed to analyze their stress distributions by the finite element method. The obtained results were as follows : 1. Flexure strength of the hygienic pontic(9.78kg) and the modified hygienic pontic(10.17kg) was higher than that of conventional pontic(6.96kg). But no significant difference was found between the hygienci pontic and the. modified hygienic pontic. The above statistic values were appraised by ANOVA and Duncan's multiple range test 2. Stress was concentrated on the middle portion in every group : and the stress of conventional pontic was found the greatest of all pontic designs.
The purpose of this study is to propose new hysteretic characteristics of medium- to low-rise RC structures controlled by both shear and flexure. Through previous study, the dual lateral force-resisting system composed of shear and flexural failure members has a new failure mechanism that cooperates to enhance the flexural capacity of the flexural failure member even after the failure of the shear member, and the existing theoretical equation significantly underestimates the ultimate strength. In this study, the residual lateral strength mechanism of the dual lateral force-resisting system was analyzed, and, as a result, an equation for estimating the residual flexural strength of each shear-failure member was proposed. The residual flexural strength of each shear-failure member was verified in comparison with the structural testing results obtained in previous study, and the proposed residual flexural strength equation for shear-failure members was tested for reliability using FEA, and its applicable range was also determined. In addition, restoring-force characteristics for evaluating the seismic performance of the dual lateral force-resisting system (nonlinear dynamic analysis), reflecting the proposed residual flexural strength equation, were proposed. Finally, the validity of the restoring-force characteristics of RC buildings equipped with the dual lateral force-resisting system proposed in the present study was verified by performing pseudo-dynamic testing and nonlinear dynamic analysis based on the proposed restoring-force characteristics. Based on this comparative analysis, the applicability of the proposed restoring-force characteristics was verified.
Concrete filled steel tubular members (CFST) become a popular choice for modern building construction due to their numerous structural benefits and at the same time aging of those structures and member deterioration are often reported. Therefore, actions like implement of new materials and strengthening techniques become essential to combat this problem. The application of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) with concrete structures has been widely reported whereas researches related to strengthening of steel structures using fibre reinforced polymer (FRP) have been limited. The main objective of this study is to experimentally investigate the suitability of CFRP to strengthening of CFST members under flexure. There were three wrapping schemes such as Full wrapping at the bottom (fibre bonded throughout entire length of beam), U-wrapping (fibre bonded at the bottom throughout entire length and extended upto neutral axis) and Partial wrapping (fibre bonded in between loading points at the bottom) introduced. Beams strengthened by U-wrapping exhibited more enhancements in moment carrying capacity and stiffness compared to the beams strengthened by other wrapping schemes. The beams of partial wrapping exhibited delamination of fibre and were failed even before attaining the ultimate load of control beam. The test results showed that the presence of CFRP in the outer limits was significantly enhanced the moment carrying capacity and stiffness of the beam. Also, a non linear finite element model was developed using the software ANSYS 12.0 to validate the analytical results such as load-deformation and the corresponding failure modes.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.126-129
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2010
MEMS(micro electro-mechanical systems) inertial switch which is applicable to the ignition Safe-Arm- Unit of propulsion system is devised. The MEMS inertial switch is designed according to the general design procedure for conventional mechanical elements. Unlikely conventional MEMS accelerometer, threshold inertial switching mechanism is adopted which makes a MEMS element an abrupt switching in a certain acceleration level. By comparing the design data and test results of the specimen a small discrepancy in switching acceleration level is found which is presumably due to the nonlinear characteristics of the beam spring and the flexure hinge which are the main parts of the MEMS inertial switch.
This is a leading study to replace the structural analysis methodology on the specific traditional joint by a numerical analysis. Tests were carried out to test the compressive methodologies with the numerical results. The Japanese larch was used as a sample. The Orthotropic property of wood was specifically considered for the finite element numerical analysis. Linear numerical analysis and non-linear numerical analysis for the BEAM element and the two SOLID elements of ANSYS were used to analyze the compressive performance. In addition, more finely divided elements were used to raise the accuracy of the numerical result. Finally, the statistically significant differences were tested between that of the analytical and numerical results. It could be concluded that the SOLID 64 element shows the most optimum result when the non-linear analysis with the more finely divided element was used. However, finely dividing of the element is a considerable time consuming process, and it is quite difficult to raise the accuracy of the non-linear numerical analysis. Therefore, if considering the vertical displacement to be of the only interest, the BEAM element is more efficient than the SOLID element because the BEAM element is reflected as a simple line, which is less time consuming and difficult in dividing the elements. But, the BEAM element cannot accurately model the knot as a strength defect factor which is an important property in the orthotropic property of wood. Therefore, the SOLID element should be used to model the strength defect factor, knot, as it can be efficiently applied on the structural size flexure member which could be more strongly effected by the knot. In addition, it is useful at times when the failure types of members are to be more closely investigated, as the SOLID element is able to examine the local stress distribution of the member. The conclusion drawn by this study is of the good concordance between analytical results and numerical results of compressive wood members, but how orthotropic properties should only be considered. The numerical analysis on the specific Korean traditional joints will be based on the current study results.
This paper investigates the applicability of newly developed Cu-Al-Mn shape memory alloy (SMA) bars to retrofitting of historical masonry constructions by performing quasi-static tests of half-scale brick walls subjected to cyclic out-of-plane flexure. Problems associated with conventional steel reinforcing bars lie in pinching, or degradation of stiffness and strength under cyclic loading, and in their inability to restrain residual deformations in structures during and after intense earthquakes. This paper attempts to resolve the problems by applying newly developed Cu-Al-Mn SMA bars, characterized by large recovery strain, low material cost, and high machinability, as partial replacements for steel bars. Three types of brick wall specimens, unreinforced, steel reinforced, and SMA reinforced specimens are prepared. The specimens are subjected to quasi-static cyclic loading up to rotation angle enough to cause yielding of reinforcing bars. Corresponding nonlinear finite element models are developed to simulate the experimental observations. It was found from the experimental and numerical results that both the steel reinforced and SMA reinforced specimens showed substantial increment in strength and ductility as compared to the unreinforced specimen. The steel reinforced specimen showed pinching and significant residual elongation in reinforcing bars while the SMA reinforced specimen did not. Both the experimental and numerical observations demonstrate the superiority of Cu-Al-Mn SMA bars to conventional steel reinforcing bars in retrofitting historical masonry constructions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.6
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pp.1289-1298
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1994
The new p-version crack model is proposed to estimate the stress intensity factors of the thick cracked plate under flexure. The proposed model is based on high order theory and $C^{\circ}$-plate element including shear deformation. The displacements fields are defined by integrals of Legendre polynomials which can be classified into three groups such as basic mode, side mode and internal mode. The computer implementation allows arbitrary variations of p-level Up to a maximum value of 10. The stress intensity factors are computed by virtual crack extention approach. The effects of ratios of thickness to crack length(h/a), crack length to width(a/W) and boundary conditions are investigated. Very good agreement with the existing solution in the literature are shown for the uncracked plate as well as the cracked plate.
As advanced earthquake analysis/design methods such as the nonlinear static analysis are developed, it is required to estimate precisely the cyclic behavior of reinforced concrete members that is characterized by strength, deformability, and capacity of energy dissipation. However, currently, estimation of energy dissipation depends on empirical equations that are not sufficiently accurate, or experiment and sophisticated numerical analysis which are difficult to use in practice.0 the present study, nonlinear finite element analysis was performed to investigate the behavioral characteristics of flexure-dominant RC members under cyclic load. The effects of axial force, arrangement of reinforcing bars, and reinforcement ratio on the cyclic behavior were studied. Based on the investigation, a simplified method to estimate the capacity of energy dissipation was proposed, and it was verified by the comparison with the finite element analyses and experiments. The proposed method can estimate the energy dissipation of RC members more precisely than currently used empirical equations, and it is easily applicable in practice.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.381-386
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2022
This paper details the analytical and experimental studies performed to propose a steel damper based on the flexural yielding mechanism. The damper is composed of a set of damping plates that are designed to yield in flexure. The comparison of experimental and finite element analysis results indicate that the analytical approach adopted in this study should be appropriate to perform sensitivity studies on the geometries of the damping plates. Although the damper is originally proposed to work based on the flexural mechanism, it is observed that the contribution of the tensile behavior of the damping plate could be considerable. As the thickness of the damping plate increases, the plastic energy due to the flexural yield increases. As the thickness of the damping plate decreases, the contribution of the tensile behavior increases, and the shape of the hysteresis loop distorts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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