High strength preloadable bolt assemblies are commonly adopted in beam-to-column bolted connections. Nowadays, two systems of high strength preloadable grade 10.9 bolt assembly are recommended in Europe for structural applications, namely HR and HV, which are characterized by different failure modes. Recently, experimental tests performed on HR and HV bolt assemblies highlighted that the type of bolt assembly may significantly influence the joint response. Therefore, the accuracy of numerical modelling of bolt assemblies is crucial to simulate effectively the non-linear behaviour of bolted joints with either failure mode 2 or mode 3 of the bolt rows. In light of these considerations, this present paper describes and discusses some modelling criteria for both HR and HV bolts to be implemented in 3D finite element models by finite element analysis and structural designers. The comparison between the calibrated models and experimental results shows the accuracy of the proposed assumptions in simulating all stages of assembly tensile response.
Suspen-dome structures are extensively used due to their superiority over traditional structures. The friction between cable and joints may severely influence the distribution of cable force, especially during the pre-stressing construction period. An accurate and efficient numerical method has not yet been developed that can be used for estimating the influence of friction on cable force distribution. Thus, this study proposes an efficient friction element to simulate friction between cable and joint. A flowchart for estimating the value of friction force is introduced. These novel numerical methods were adopted to estimate the influence of friction on cable force distribution. The accuracy and efficiency of these numerical methods were validated through numerical tests.
In current European Standard EN 1993, the moment-rotation characteristics of beam-to-column joints made from steel with a yield stress > 460MPa are obtained from elastic design procedures. The strength of the joint basic components, such as the column web subject to local transverse compression, is thus limited to the yield resistance rather than the plastic resistance. With the recent developments of higher strength steel grades, the need for these restrictions should be revisited. However, as the strength of the steel is increased, the buckling characteristics become more significant and thus instability phenomena may govern the design. This paper summarizes a comprehensive set of finite element parametric studies pertaining to the strength behaviour of high-strength steel unstiffened I-columns in transverse compression. The paper outlines the implementation and validation of a three-dimensional finite element model and presents the relevant numerical test results. The finite element predictions are evaluated against the strength values anticipated by the EN 1993 for conventional steel columns and recommendations are made for revising the specifications.
This paper concerns studies on the shape formation of post-tensioned and shaped steel domes. The post-tensioned and shaped steel domes, assembled initially at ground level in an essentially flat condition, are shaped to a curved space form and erected into the final position by means of a post-tensioning technique. Based on previous studies on this shape formation principle, three post-tensioned and shaped steel domes have been constructed. The results of the shape formation tests and finite element analyses are reported in this paper. It is found that the first two test domes did not furnish a part-spherical shape as predicted by finite element analyses, because the movements of some mechanisms were not controlled sufficiently. With a revised post-tensioning method, the third dome obtained the theoretical prediction. The test results of the three post-tensioned and shaped domes have shown that a necessary condition to form a desired space shape from a planar layout with low joint stiffnesses is that the movements of all the existing mechanisms must be effectively controlled as indicated by the finite element analysis. The extent of the maximum elastic deformation of a post-tensioned and shaped steel structure is determined by the strength of the top chords and their joints. However, due to the semi-rigid characteristic of the top chord joints, the finite element analyses cannot give a close prediction for the maximum elastic deformations of the post-tensioned and shaped steel domes. The results of the current studies can be helpful for the design and construction of this type of structure.
This paper measures the mechanical response of precast pavement joints under moving axle loads using the finite-element method, and the models were validated with results of field tests. In order to increase the ability to use the non-linear FE analysis for design and assessment of precast pavement subjected to moving axle load, this paper investigated the effects of different load transfer between the slabs using the ABAQUS finite-element package to solve the nonlinear explicit model equations. The assembly of the panels using dowels and groove-tongue keys has been studied to assess the efficiency of keyway joint system. Concrete damage plasticity model was used to calculate the effects of permanent damages related to the failure mechanisms. With aggregate interlock as the only load transferring system, Load transfer efficiency (LTE) is not acceptable when the axle load reaches to slab joints. The Finite-element modelling (FEM) results showed that keyway joints significantly reduced tensile stresses developed at the mid-slab. Increasing the thickness of the tongue the LTE was improved but with increasing the height of the tongue the LTE was decreased. Stresses are transferred to the adjacent slab efficiently when dowels are embedded within the model. When the axle load approaches joints, tensile damage occurs sooner than compressive damage, but the damage rate remains constant, then compressive damage increases significantly and become the major form of distress under the dowels.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.6
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pp.96-111
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1995
A bellows is a component installed in the automobile exhaust system to reduce the impact from an engine. It's stiffness has a great influence on the natural frequency of the system. Therefore, it must be designed to keep the specified stiffness that requires in the system. This study present the finite element analysis of U-typed bellows using a curved conical frustum element and the shape optimal design with specified stiffness. The finite element analysis is verified by comparing with the experimental results. In the shape optimal design, the weight is considered as the cost function. The specified stiffness from the system design is transformed to equality constraints. The formulation has inequality constraints imposed on the fatigue limit, the natural frequencies, the buckling load and the manufacturing conditions. A procedure for shape optimization adopts a thickness, a corrugation radius, and a length of annular plate as optimal design variables. The external loading conditions include the axial and lateral loads with a boundary condition fixed at an end of the bellows. The recursive quadratic programming algorithm is selected to solve the problem. The result are compared with the existing bellows, and the characteristics of the bellows is investigated through the optimal design process. The optimized shape of the bellows are expected to give quite a good guideline to the practical design.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.8
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pp.205-212
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2003
In this study, in order to investigate a modeling technique of the structure with bolted joints, four kinds of finite element model are introduced; a solid bolt model, a coupled bolt model, a spider bolt model, and no bolt model. All proposed models take account on prestrained effect and contact behavior of flanges to be joined. Among these models, a solid bolt model, which is modeled by using a 3-D solid element and a surface-to-surface contact element between the head/nut and the flange interfaces, has the best accurate responses compared with the experimental results. In addition, coupled bolt model, which couples the degree of freedom between the head/nut and the flange, shows the best effectiveness and usefulness in view of computational time and memory usage. Finally, the bolt model proposed here is adopted for structural analysis of a large diesel engine of a ship consisting of several parts which is connected by long stay bolts.
In this study, the numerical prediction of the thermal fatigue lie? of a $\mu$BGA (Micro Ball Grid Array) solder joint was focused. Numerical method was performed using the three-dimensional finite element analysis for various solder alloys such as Sn-37%Pb, Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-3.5%Ag-3%In-0.5%Bi during a given thermal cycling. Strain values obtained by the result of mechanical fatigue tests for solder alloys, were used to predict the solder joint fatigue life using the Coffin-Manson equation. The numerical results showed that Sn-3.5%Ag with the 50-degree ball shape geometry had the longest thermal fatigue life in low cycle fatigue. A practical correlation for the prediction of the thermal fatigue life was also suggested by using the dimensionless variable γ. Additionally Sn-3.5Ag-0.75Cu and Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Bi were applied to 6$\times$8$\mu$BGA obtained from the 63Sn-37Pb Solder. This 6$\times$8$\mu$BGA were tested at different aging conditions at 130$\^{C}$, 150$\^{C}$, 170$\^{C}$ for 300, 600 and 900 hours. Thickness of the intermetallic compound layer was measured thor each condition and the activation energy thor their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS ( Energy Dispersive Spectroscopy).
Many mathematical techniques have been developed to determine the muscle forces and force distribution in biomechanical human model, because it is so important to understand internal forces resisting external loading. However, a three-dimensional mathematical model of wrist joint, which is essential to develop solid modeling and artificial wrist joint, has not been well developed. This study proposed to define three-dimensional mathematical model of distal radius and ulna of the human wrist and to develop a detailed two-dimensional finite element through comparisons to existing analytical models and experimental tests. This mathematical model were accurately recreated, allowing the internal tendon force as well as force transmission and distribution through the distal radios and ulna during dynamic loadings. The results found in this study indicate and support the findings of other investigator that cyclic loading condition results in higher compression force on distal radius and ulna and may be source of wrist disorder.
Park, Joo-Young;Sohn, Dueck-Su;Lee, Jae-Hoon;Jeong, Jin-Hoon
International Journal of Highway Engineering
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v.14
no.2
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pp.45-53
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2012
Hollows are easily made and bearing capacity is lowered near underground structures of concrete pavement because of poor compaction and long term settlement of the ground. Distresses occur and lifespan is shortened because of larger stress induced by external loadings expected than that in the design. In this paper, the distresses of the concrete pavement slab over box culverts were investigated at the Korea Expressway Corporation(KEC) test road. The transverse cracking of the slabs over the culverts was compared between up and down lines with different soil cover depth. The box culvert without soil cover and concrete pavement were modeled and analyzed by the finite element method(FEM) to verify the transverse cracking at the test road. Wheel loading was applied after self weight of the pavement and temperature gradient of the concrete slab at Yeojoo, Gyeonggi where the test road is located were considered. Positions of maximum tensile stress and corresponding positions of the wheel loading were found for each loading combination. Joint position minimizing the maximum tensile stress was found and optimal slab length over the culverts with diverse size were suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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