Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.667-676
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2002
Many studies on the finite element modeling for bolted joints have proceeded, but the structures with bolted joints are complicated in shape and it is difficult to find out the characteristics according to joint condition. Usually, experimental methods have been used for bolted joint analysis. A reliable and practical finite element modeling technique for structure with bolted joints is very important for engineers in industry. In this study, three kinds of model are presented; a detailed model, a practical model and a simple model. The detailed model is modeled by using 3-D solid element and gap element, and the practical model is modeled by using shell element (a portion of bolt head) and beam element (a portion of bolt body), the simple model is modeled by simplifying practical model without using gap elements. Among these models, the simple model has the least degree of freedom and show the effect of memory reduction of 59%, when compared with the detailed model.
This study compares two prominent design provisions, National Design Specification (NDS) and Eurocode 5, on load-carrying capacity calculations and failure analysis for mortise-tenon joints. Design procedures of double-shear connection from both provisions were used to calculate load-carrying capacity of mortise-tenon joints with eight different bolt sizes. From this calculation, the result was validated using finite element analysis and failure criteria models. Although both provisions share similar failure modes, their distinct calculation methods significantly influence the design load-carrying capacity values. Notably, Eurocode 5 predicts a 6% higher design load-carrying capacity for mortise-tenon joints with varying bolt diameters under horizontal loads and 14% higher under vertical loads compared to NDS. However, the results from failure criteria models indicate that NDS closely aligns with the actual load-carrying capacity. This indicates that Eurocode 5 presents a less conservative design and potentially requires fewer fasteners in the final timber connection design. This evaluation initiates the potential for the development of a wider range of timber connections, including mortise-tenon joints with wooden pegs.
Kim, Yong Hwan;Roh, Won Kyoung;Lee, Seong Hui;Kim, Jin Ho;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.683-690
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2008
When steel fabricators erect structural members in field, temporary tightening of fastener should be useful. However, if bolt holes are not aligned by production error or natural condition, additional effort andpain should be provided to align bolt holes. It lead to longer period than times of construction (a primarily day of construction) and more cost than originally cost. This problem will be overcomed by oversize or slotted holes. Early, AISC and Eurocode have included provision for design process such oversize or slotted holes. But, domestic design method is not refered about oversize and slotted holes. Meanwhile, domestic design method and construction environment are variance with Europe and the United States of America. Therefore, a suitable design method for oversize and slotted holes in domestic real condition is needed. In this study, we evaluated behavior of the joints and decided the friction coefficient on oversize and slotted holes of friction joints with high strength bolts.
Kim, Jun-Hwan;Shin, Kwang-Bok;Ko, Hee-Young;Kim, Jung-Seok
Composites Research
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v.23
no.6
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pp.19-25
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2010
This paper describes the optimum design of bolt locations for metal joint parts of railway bogie frame made of glass fiber/epoxy 4-harness satin woven laminate composite and PVC foam core. The optimum design analysis was done by sub-problem approximation method using Ansys Parameter Design Language(APDL). The sub-modeling method was introduced to conduct the detailed recalculation for the only target parts and reduce calculating time. The structural analysis for composite bogie frame was performed according to JIS E 4207. The results showed that the optimum design analysis using sub-modeling method was able to obtain faster and more precise results than that of the entire model by the control of mesh size for the target parts, and the maximum Von-Mises stress has been reduced in comparison with its original dimensions due to the optimum design of bolt locations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.2
s.257
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pp.166-173
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2007
Fatigue fracture behavior of a hybrid bolted joint was evaluated in comparison to the case of static fracture. Two kinds of specimens were fabricated for the mechanical tests; a hybrid bolted joint specimen for the shear test and a hybrid joint part specimen applied in the real tilting car body for the bending test. Characteristic fracture behaviors of those specimens under cyclic toads were obviously different from the case under static loads. For the hybrid bolted joint specimen, static shear loading caused the fracture of the bolt body itself in a pure shear mode, whereas cyclic shear loading brought about the fracture at the site of local tensile stress concentration. For the hybrid joint part specimen, static bend loading caused the shear deformation and fracture in the honeycomb core region, while cyclic bend loading did the delamination along the interface between composite skin and honeycomb core layers as well as the fracture of welded joint part. Experimental results obtained by static and fatigue tests were reflected in modifications of design parameters of the hybrid joint structure in the real tilting car body.
With the wide application of fiber-reinforced composite material in aero-structures and mechanical parts, composite joint have become a very important research area because they are often the weakest sites in composite structures. In this paper, the failure strengths of the bolted joint and pin joint which have variable hole clearance were evaluated and compared. From the tests, the first failure loads of the bolted joint and pin joint with $880{\mu}m$ hole clearance have decreased by 24.2 % and 51.3 % compared to those of joints with $0{\mu}m$ hole clearance, respectively. Also, the failure index of the joints were calculated by the finite element method and compared with experimental results.
In this study, ti identify the dynamic characteristics of automobile steering system which consists of many components and joints, each component combined structure was analyzed using commercial structural package, ANSYS. And, the finite element method for each component and modeling method of several joints universal joint, bolt joint, bearing, etc. were studied. On the other hand, the experimental modal analysis was performed to compare with the results of the finite element analysis and joint modeling. The result shows very close agreement between two analysis. Also, it was found that the steeing column used in this experiment does not effect the low frequency mode of entire system. In addition, we found that constraint equations need to be considered in modeling universal joint. Since the stiffness effect of Urethane around wheel could be ignored, it can be modeled only with mass effect. In the end, it was found that dynamic characteristics of the entire steerintg system depends mainly upon the wheel characteristics.
Mohammadjani, Chia;Yousefi, Amir M.;Cai, Shu Qing;Clifton, G. Charles;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.25
no.6
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pp.727-734
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2017
This paper describes a quasi-static finite element analysis, which uses the explicit integration method, of the apex joint of a cold-formed steel portal frame. Such cold-formed steel joints are semi-rigid as a result of bolt-hole elongation. Furthermore, the channel-sections that are being connected have a reduced moment capacity as a result of a bimoment. In the finite element model described, the bolt-holes and bolt shanks are all physically modelled, with contact defined between them. The force-displacement curves obtained from the quasi-static analysis are shown to be similar to those of the experimental test results, both in terms of stiffness as well as failure load. It is demonstrated that quasi-static finite element analysis can be used to predict the behavior of cold-formed steel portal frame joints and overcome convergence issues experienced in static finite element analysis.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.2
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pp.111-116
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2011
Three-dimensional finite element analyses have been performed to improve the durability of bulkhead. To keep pace with design changes and concentrate on regions of interest, SUBMODEL technique in ABAQUS was used for analysis. An analysis was conducted with following load cases: 1) Cap press-fit, 2) Bearing crush, 3) Bolt assembly, 4) Hot assembly, 5) Firing load, 6) Alternating firing load, 7) 2nd hot assembly. Fatigue analysis was done using commercial software FEMFAT and fatigue factors at the interested regions such as bolt tip area, counter bore, breathing hole, honing clearance were calculated and compared to aid design validation. Finite element modeling in the area of thread engagement used a simple constraint equations. Increasing bolt length, to a minimum of 39 mm above joint face gives a better fatigue resistance to the bulkhead. Breathing hole helps not only circulate the air in the crankcase but also fatigue resistance of bulkhead by relieving the stress at the critical locations.
The purpose of this paper was to investigate the block shear and the fracture in the net section, according to AISC Specifications, by analysing the shear lag effect in the block shear rupture of the single angle with three or four bolt connection. Specimen with three or four bolt connections showed that failure generally went from block shear with some net section failures to classic net section failures. From the test results, showed that the connection length, the thickness of angle, and reduction factor, which affect the block shear rupture, were investigated. According to the test results, it is suggested that the calculation of the net section rupture capacity by using the reduction factor of U, that was suggested by Kulak, is needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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