Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.155-163
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2006
Car seat is one the most important element to make comfortable drivability. It can absorb the impact or vibration during driving state. In addition to those factors, it is needed to have enough strength for passenger safety. From energy efficiency and environmental point of view lighter passenger car seat frame becomes hot issue in the auto industry. In this paper, weight optimization methodology is investigated for commercial car seat frame using CAE. Optimized designs for seat frame are developed using commercially available finite element code(ANSYS) and design of experiment method. At first, car seat frame is modelled using 3-D computer aided design tool(CATIA) and simplified for finite element modelling. Finite element analysis is carried out for the case of FMVSS 202 Head Restraint test to check the strength of the original seat frame. Two base brackets are selected as optimized elements that are the heaviest parts in the seat frame. After finite element analysis for the brackets with similar load condition to the previous test optimization technique is applied for 10% to 50% weight reduction. Design of experiment is utilized to obtain optimization design for the bracket based on the modified 50% weight reduction model in which outer shape of the bracket is conserved. Weight optimization models result in the decrease of the strength in spite of weight reduction. The more design points should be considered to get better optimized model. The more advanced optimization technique may be utilized for more parts of the seat frame to increase whole seat frame characteristics in the future.
Although performance based assessment procedures are mainly developed for reinforced concrete and steel buildings, URM (Unreinforced Masonry) buildings occupy significant portion of buildings in earthquake prone areas of the world as well as in IRAN. Variability of material properties, non-engineered nature of the construction and difficulties in structural analysis of masonry walls make analysis of URM buildings challenging. Despite sophisticated finite element models satisfy the modeling requirements, extensive experimental data for definition of material behavior and high computational resources are needed. Recently, nonlinear equivalent frame models which are developed assigning lumped plastic hinges to isotropic and homogenous equivalent frame elements are used for nonlinear modeling of URM buildings. The equivalent frame models are not novel for the analysis of masonry structures, but the actual potentialities have not yet been completely studied, particularly for non-linear applications. In the present paper an effective tool for the non-linear static analysis of 2D masonry walls is presented. The work presented in this study is about performance assessment of unreinforced brick masonry buildings through nonlinear equivalent frame modeling technique. Reliability of the proposed models is tested with a reversed cyclic experiment conducted on a full scale, two-story URM building at the University of Pavia. The pushover curves were found to provide good agreement with the experimental backbone curves. Furthermore, the results of analysis show that EFM (Equivalent Frame Model) with Dolce RO (rigid offset zone) and shell element have good agreement with finite element software and experimental results.
Present study is mainly concerned about the idea of innovative utilization of bamboo in modern construction. Owing to its compatible mechanical properties, a beneficial effect of its use in reinforced concrete (RC) frame infills has been observed. In this investigation, finite element analyses have been performed to examine the failure pattern and stress distribution pattern through the infills of a moment resisting RC frame. To validate the pragmatic use of bamboo reinforced components as infills, earthquake loading corresponding to Nepal earthquake had been considered. The analysis have revealed that introduction of bamboo in RC frames imparts more flexibility to the structure and hence may causes a ductile failure during high magnitude earthquakes like in Nepal. A more uniform stress distribution throughout the bamboo reinforced wall panels validates the practical feasibility of using bamboo reinforced concrete wall panels as a replacement of conventional brick masonry wall panels. A more detailed analysis of the results have shown the fact that stress concentration was more on the frame components in case of frame with brick masonry, contrary to the frame with bamboo reinforced concrete wall panels, in which, major stress dispersion was through wall panels leaving frame components subjected to smaller stresses. Thus an effective contribution of bamboo in dissipation of stresses generated during devastating seismic activity have been shown by these results which can be used to concrete the feasibility of using bamboo in modern construction.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.46
no.5
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pp.61-68
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2004
Methodologies of the finite element and boundary element are combined to achieve an efficient and accurate analysis model of frame structure containing shear wall. This model analyzes the frame by employing the finite element method and the shear wall by boundary element method. This study is applicable to a specific situation, where the boundary element is surrounded by finite elements. By employing FE dominant method in which boundary stiffness matrix is transformed into finite element stiffness matrix, boundary element and finite element method are combined to analyze frame structure with walls.
In this study, two beam-column elements based on the Elasto-Fiber element theory for reinforced concrete (RC) element have been developed and compared with each other. The first element is based on Elasto Fiber Approach (EFA) was initially developed for steel structures and this theory was applied for RC element in there and the second element is called as Fiber & Bernoulli-Euler element approach (FBEA). In this element, Cubic Hermitian polynomials are used for obtaining stiffness matrix. The beams or columns element in both approaches are divided into a sub-element called the segment for obtaining element stiffness matrix. The internal freedoms of this segment are dynamically condensed to the external freedoms at the ends of the element by using a dynamic substructure technique. Thus, nonlinear dynamic analysis of high RC building can be obtained within short times. In addition to, external loads of the segment are assumed to be distributed along to element. Therefore, damages can be taken account of along to element and redistributions of the loading for solutions. Bossak-${\alpha}$ integration with predicted-corrected method is used for the nonlinear seismic analysis of RC frames. For numerical application, seismic damage analyses for a 4-story frame and an 8-story RC frame with soft-story are obtained to comparisons of RC element according to both approaches. Damages evaluation and propagation in the frame elements are studied and response quantities from obtained both approaches are investigated in the detail.
Behzadfar, Behnam;Maleki, Ahmad;Yaghin, Mohammad Ali Lotfollahi
Earthquakes and Structures
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v.19
no.4
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pp.303-313
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2020
Spacious experimental and numerical investigation has been conducted by researchers to increase the ductility and energy dissipation of concentrically braced frames. One of the most widely used strategies for increasing ductility and energy dissiption, is the use of energy-absorbing systems. In this regard, the cyclic behavior of a chevron bracing frame system equipped with multi-pipe dampers (CBF-MPD) was investigated through finite element method. The purpose of this study was to evaluate and improve the behavior of the CBF using MPDs. Three-dimensional models of the chevron brace frame were developed via nonlinear finite element method using ABAQUS software. Finite element models included the chevron brace frame and the chevron brace frame equipped with multi-pipe dampers. The chevron brace frame model was selected as the base model for comparing and evaluating the effects of multi-tube dampers. Finite element models were then analyzed under cyclic loading and nonlinear static methods. Validation of the results of the finite element method was performed against the test results. In parametric studies, the influence of the diameter parameter to the thickness (D/t) ratio of the pipe dampers was investigated. The results indicated that the shear capacity of the pipe damper has a significant influence on determining the bracing behavior. Also, the results show that the corresponding displacement with the maximum force in the CBF-MPD compared to the CBF, increased by an average of 2.72 equal. Also, the proper choice for the dimensions of the pipe dampers increased the ductility and energy absorption of the chevron brace frame.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.195-202
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2012
Two nonlinear frame elements taking into account geometric nonlinearity is presented and compared based on the Lagrangian co-rotational formulation. The first frame element is believed to be geometrically-exact because not only tangent stiffness matrices is exactly evaluated including stiffness matrices due to initial deformation but also total member forces are directly determined from total deformations in the deformed state. Particularly two exact tangent stiffness matrices based on total Lagrangian and updated Lagrangian formulation, respectively, are verified to be identical. In the second frame element, the deformed curved shape is regarded as the polygon and current flexural deformations in iteration process are neglected in evaluating tangent stiffness matrices and total member forces. Two numerical examples are given to demonstrate the accuracy and the good performance of the first frame element compared with the second element. Furthermore it is shown that the first frame element can be used in tracing nonlinear behaviors of cable members.
The bogie between the track and the railway vehicle body, is one of the most important component in railroad vehicle. Its effects on the safety of both passengers and vehicle itself, and on the overall performance of the vehicle such as riding quality, noise and vibration are critical. The bogie is mainly consisted of the bogie frame, suspensions, wheels and axles, braking system, and transmission system. The complex shapes of the bogie frame and the complicate loading condition (both static and dynamic) induced in real operation make it difficult to design the bogie frame fulfilling all the requirements. The complicated loads applied to the bogie frame are i) static load due to the weight of the vehicle and passengers, ii) quasi-static load due to the rolling in curves iii) dynamic load due to the relative motion between the track, bogie, and vehicle body. In designing the real bogie frame, fatigue analysis based on the above complicated loading conditions is a must. In this study, stress analysis of the bogie frame has been performed for the various loading conditions according to the UIC Code 6 15-4. Magnitudes of the stress amplitude and mean stress were estimated based on the stress analysis results to simulate the operating loads encountered in service. Fatigue strength of the bogie frame was evaluated by using the constant life diagram of the material. 3-D surface modelling, finite element meshing, and finite element analysis were performed by Pro-Engineer, MSC/PATRAN, and MSC/NASTRAN, respectively.
The seat back frame of the vehicle is subjected to load on the passenger behavior. Because of steel material, it is necessary to optimize the frame considering lightweight and safety. In this paper, finite element analysis is used for the optimal design of the seat back frame. First, a lightweight material is applied to reduce the weight of the seat back frame. Secondly, the design position of the pipe part fastened in the seat back frame was selected by considering the strength against the load generated by the occupant. Third, the shape of the side frame was derived by performing the phase optimization analysis for the AFT load condition. And we have compared the initial model with the optimal model to verify the light weighting and safety. As a result, the optimal design model of the seat back frame satisfying the weight reduction and safety has been proposed.
Steel frames with ductile connections have good seismic performance under strong earthquake, they are now popular for high seismic design. In order to simplify the process of numerical analysis of the steel frames with ductile connections, simplified connection models are introduced, two types of springs are placed in the simplified connection model, which can simulate deformation of the panel zone and members. 6-story-3-bay steel frames with ductile connections are simplified and carried out modal analysis, fundamental periods of the frames predicted by finite-element analysis for simplified steel frame models were compared to the results for actual frame models. 2-story steel frame with reduced beam section connections is simplified and carried out pseudo-static analysis, hysteretic curves and skeleton curves of the frame obtained by finite-element analysis for simplified steel frame model are compared to test results. The comparison show that the difference between them is small, it is reliable and effective to predict mechanical properties of the steel frame with ductile connection by finite-element analysis of simplified steel frame model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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