International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.4
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pp.50-60
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2004
A very flexible beam can be used to model various types of continuous mechanical parts such as cables and wires. In this paper, the dynamic properties of a very flexible beam, included in a multibody system, are analyzed using absolute nodal coordinates formulation, which is based on finite element procedures, and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In order to consider the dynamic interaction between a continuous large deformable beam and a rigid multibody system, a combined system equations of motion is derived by adopting absolute nodal coordinates and rigid body coordinates. Using the derived system equation, a computation method for the dynamic stress during flexible multibody simulation is presented based on Euler-Bernoulli beam theory, and its reliability is verified by a commercial program NASTRAN. This method is significant in that the structural and multibody dynamics models can be unified into one numerical system. In addition, to analyze a multibody system including a very flexible beam, formulations for the sliding joint between a very deformable beam and a rigid body are derived using a non-generalized coordinate, which has no inertia or forces associated with it. In particular, a very flexible catenary cable on which a multibody system moves along its length is presented as a numerical example.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.123-126
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2004
Two-way shape memory effect(TWSME) under residual stresses are considered in the present study. The structure using two-way shape memory effect concept returns to its initial shape by increasing or decreasing temperature under the initially given residual stress. In the present study, we use a thermo-mechanical constitutive equation of SMA and laminated composite beam are considered as simple morphing structural components which are based on large deformable 2D composite beam theory. Numerical results of fully coupled SMA-composite structures are presented.
Accurate seismic analyses of large deformable moving structures are still unsolved problems in the field of earthquake engineering. In order to analyze these problems, the nonlinear finite element method formulated by the absolute nodal coordinate approach is noticed. Because, this formulation has several advantages over the standard procedures on mass matrix, elastic forces and damping forces in the case of large displacement problems. But, it has not been fully studied to build frame structure models by using beam elements in the absolute nodal coordinate formulation. In this paper, we propose the connecting method of the beam elements formulated by the absolute nodal coordinate. The coordinate transformation matrix of this element is introduced into the frame structure. This beam element has the characteristic that the mass matrix and bending stiffiness matrix are constant even if in the case of large displacement problems, and this characteristic is being kept after the transformation. In order to verify the proposed method, we show the numerical simulation results of frame structures for a vibration problem and a large displacement problem.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.2
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pp.150-156
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2004
In this paper, the dynamic behavior of a very flexible cable due to moving multibody system along its length is presented. The very deformable motion of a cable is presented using absolute nodal coordinate formulation, which is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. Formulation for the sliding joint between a very flexible beam and a rigid body is derived. In order to formulate the constraint equations of this joint, a non-generalized coordinate, which has no inertia or forces associated with this coordinate, is used. The modeling of this sliding joint is very important to many mechanical applications such as the ski lifts. cable cars, and pulley systems. A multibody system moves along an elastic cable using this sliding joint. A numerical example is shownusing the developed analysis program for flexible multibody systems that include a large deformable cable.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.305-319
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2000
Numerical solution lot frictional contact problems of nonlinearly deformable bodies having large deformation is presented. The contact conditions on the possible contact points are expressed by using the contact error vector, and the iterative scheme is used to reduce the contact error vector monotonically toward zero. At each iteration the solution consists of two steps : The first step is to revise the contact force by using the contact error vector given by the previous geometry, and the second step is to compute the displacement and the contact error vector by solving the equilibrium equation with the contact force given at the first step. Convergence of the iterative scheme to the correct solution is analyzed, and the numerical simulations we performed with a rigid-plastic membrane and a nonlinear elastic beam.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.5
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pp.114-121
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2004
Recently, the finite element absolute nodal coordinate formulation (ANCF) was developed for the large deformation analysis of flexible bodies in multi-body dynamics. This formulation is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. In this paper, a computation method of dynamic stress in flexible multi-body dynamics using absolute nodal coordinate formulation is proposed. Numerical examples, based on an Euler-Bernoulli beam theory, are shown to verify the efficiency of the proposed method. This method can be applied for predicting the fatigue life of a mechanical system. Moreover, this study demonstrates that structural and multi-body dynamic models can be unified in one numerical system.
Jie Wen;Abdul Hamid Sheikh;Md. Alhaz Uddin;A.B.M. Saiful Islam;Md. Arifuzzaman
Steel and Composite Structures
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v.48
no.6
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pp.693-708
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2023
Composite beams, two materials joined together, have become more common in structural engineering over the past few decades because they have better mechanical and structural properties. The shear connectors between their layers exhibit some deformability with finite stiffness, resulting in interfacial shear slip, a phenomenon known as partial shear interaction. Such a partial shear interaction contributes significantly to the composite beams. To provide precise predictions of the geometric nonlinear behavior shown by two-layered composite beams with interfacial shear slips, a robust analytical model has been developed that incorporates the influence of significant displacements. The application of a higher-order beam theory to the two material layers results in a third-order adjustment of the longitudinal displacement within each layer along the depth of the beam. Deformable shear connectors are employed at the interface to represent the partial shear interaction by means of a sequence of shear connectors that are evenly distributed throughout the beam's length. The Von-Karman theory of large deflection incorporates geometric nonlinearity into the governing equations, which are then solved analytically using the Navier solution technique. Suggested model exhibits a notable level of agreement with published findings, and numerical outputs derived from finite element (FE) model. Large displacement substantially reduces deflection, interfacial shear slip, and stress values. Geometric nonlinearity has a significant impact on beams with larger span-to-depth ratio and a greater degree of shear connector deformability. Potentially, the analytical model can accurately predict the geometric nonlinear responses of composite beams. The model has a high degree of generality, which might aid in the numerical solution of composite beams with varying configurations and shear criteria.
Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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2000.08a
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pp.3-3
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2000
Adaptive Optical (AO) technology can compensate for wave-front errors in real-time to improve image and beam quality. The research and development on AO in China began in 1979. In 1980, the first laboratory on AO in China was established in Institute of Optics and Electronics (IOE), Chinese Academy of Sciences (CAS). Since then several AO systems have been built in this Laboratory. The 19-element system is the first AO system in the world ever used in inertial confinement fusion (ICF) facility in our knowledge. It corrects the static error of this large laser engineering. The 21-element system was firstly tested at the 1.2m telescope of Kunming Observatory in 1990 and then up-dated as an IR AO system installed at the 2.16m telescope of Beijing Observatory. The 37-element system was used with a turbulence cell in Laboratory on Atmospheric Optics in Hefei to conduct elementary research on Atmospheric Optics. The 61-element system for astronomical observation is newly developed. It has been successfully installed at the 1.2m telescope of Kunming Observatory and a laser guide star system will be integrated with the system. A compact AO system using our newly developed miniature DM for high resolution ophthalmic imaging of retina is also being built. The key elements of these AO systems, deformable mirrors and fast-steering mirrors, are all developed in this Laboratory. In this talk, the main configurations of these AO systems, some test results as well as the specifications of these active mirrors will be presented.
Investigations of the commercial aircraft impact effect on nuclear island infrastructures have been drawing extensive attention, and this paper aims to perform the safety assessment of Generation III nuclear power plant (NPP) buildings subjected to typical commercial aircrafts crash. At present Part I, finite element (FE) models establishment and validations for both the aircrafts and NPP buildings are performed. (i) Airbus A320 and A380 aircrafts are selected as the representative medium and large commercial aircrafts, and the corresponding fine FE models including the skin, beam, fuel and etc. are established. By comparing the numerically derived impact force time-histories with the existing published literatures, the rationality of aircrafts models is verified. (ii) Fine FE model of the Chinese Zhejiang Sanao NPP buildings is established, including the detailed structures and reinforcing arrangement of both the containment and auxiliary buildings. (iii) By numerically reproducing the existing 1/7.5 scaled aircraft model impact tests on steel plate reinforced concrete (SC) panels and assessing the impact process and velocity time-history of aircraft model, as well as the damage and the maximum deflection of SC panels, the applicability of the existing three concrete constitutive models (i.e., K&C, Winfrith and CSC) are evaluated and the superiority of Winfrith model for SC panels under deformable missile impact is verified. The present work can provide beneficial reference for the integral aircraft crash analyses and structural damage assessment in the following two parts of this paper.
Kim, Hee Sung;Moon, Jae Hee;Kim, Koon Joo;Seo, Jung Min;Lee, Joung Jin;Choi, Jae Hoon;Kim, Sung Ki;Jang, In-Gi
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.30
no.1_2
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pp.177-183
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2018
Purpose : Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) has the advantage of uniformly and precisely irradiating the tumor to the shape of the tumor while reducing the risk of radiation damage to normal tissues. such as brain cancer, head and neck cancer and prostate cancer, It is being used for treatment. The purpose of this study is to evaluate the usefulness of the Jaw-Tracking technique(JTT) in VMAT for brain and head and neck cancer. Materials and Methods : We selected eight patients with brain and head and neck cancer(4 Brain, 4 head and neck) who were treated with the VMAT treatment technique. Contouring information of the patient's tumor and normal organ was fused to the Rando phantom using the deformable registration of Velocity(Varian, USA). A treatment plan was developed using the Varian Eclipse(ver 15.5, Varian, USA) with the same patient actual beam parameters except for the use of jaw-tracking. As the evaluation index, the maximum dose and mean dose of target and OAR were compared and a portal dosimetry was performed for the treatment plan verification. Results : When using JTT, the relative dose of OAR decreased by 5.24 % and the maximum dose by 7.05 %, respectively, compared with the Static-Jaw technique(SJT). In the various OARs, the mean dose and maximum dose reduction ranges ranged from 0.01 to 3.16 Gy and from 0.12 to 6.27 Gy, respectively. In the case of the target, the maximum dose of GTV, CTV, PTV decreased by 0.17 %, 0.43 %, and 0.37 % in JTT, and the mean dose decreased by 0.24 %, 0.47 % and 0.47 %, respectively. Gamma analysis The JTT and SJT passing rates were $98{\pm}1.73%$ and $97{\pm}1.83%$ on the basis of 3 % / 3 mm, respectively. Comparing the doses of all OARs applied to the experiment, it was found that the use of JTT resulted in a significant decrease in dose due to additional jaw shielding besides MLC than SJT. Conclusion : In radiation therapy using VMAT treatment plan, we can apply JTT in the case of adjacent tumor and normal organs such as brain cancer and head and neck cancer, and in radiotherapy required large field and high energy caused increase leakage dose through MLC. It is considered that the target dose of PTV can be increased by lowering the dose of normal tissue surrounding the tumor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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