Buckling and post-buckling cases are often occurred in aorta artery because it affected by higher pressure. Also, its stability has a vital importance to humans and animals. The loss of stability in arteries may lead to arterial tortuosity and kinking. In this paper, post-buckling analysis of aorta artery is investigated under axial compression loads on the basis of Euler-Bernoulli beam theory by using finite element method. It is known that post-buckling problems are geometrically nonlinear problems. In the geometrically nonlinear model, the Von Karman nonlinear kinematic relationship is employed. Two types of support conditions for the aorta artery are considered. The considered non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. The aorta artery is modeled as a cylindrical tube with different average diameters. In the numerical results, the effects of the geometry parameters of aorta artery on the post-buckling case are investigated in detail. Nonlinear deflections and critical buckling loads are obtained and discussed on the post-buckling case.
This paper experimentally investigated the behavior of steel frame structures of traditional-style buildings subjected to combined constant axial load and reversed lateral cyclic loading conditions. The low cyclic reversed loading test was carried out on a 1/2 model of a traditional-style steel frame. The failure process and failure mode of the structure were observed. The mechanical behaviors of the steel frame, including hysteretic behaviors, order of plastic hinges, load-displacement curve, characteristic loads and corresponding displacements, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation were analyzed. Test results showed that the Dou-Gong component (a special construct in traditional-style buildings) in steel frame structures acted as the first seismic line under the action of horizontal loads, the plastic hinges at the beam end developed sufficiently and satisfied the Chinese Seismic Design Principle of "strong columns-weak beams, strong joints-weak members". The pinching phenomenon of hysteretic loops occurred and it changed into Z-shape, indicating shear-slip property. The stiffness degradation of the structure was significant at the early stage of the loading. When failure, the ultimate elastic-plastic interlayer displacement angle was 1/20, which indicated high collapse resistance capacity of the steel frame. Furthermore, the finite element analysis was conducted to simulate the behavior of traditional-style frame structure. Test results agreed well with the results of the finite element analysis.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.4
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pp.421-427
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2015
In this paper, a description is given of finite element method (FEM) simulations of the elastic bending modulus of multi-layered graphene sheets that were carried out to investigate the mechanical behavior of graphene sheets with different gap thicknesses through molecular mechanics theory. The interaction forces between layers with various gap thicknesses were considered based on the van der Waals interaction. A finite element (FE) model of a multi-layered rectangular graphene sheet was proposed with beam elements representing bonded interactions and spring elements representing non-bonded interactions between layers and between diagonally adjacent atoms. As a result, the average elastic bending modulus was predicted to be 1.13 TPa in the armchair direction and 1.18 TPa in the zigzag direction. The simulation results from this work are comparable to both experimental tests and numerical studies from the literature.
High-strength structural bolts have been utilized for beam-to-column connections in steel-framed structural buildings. Failure of these components may be caused by the bolt shank fracture or threads stripping-off, documented in the literature. Furthermore, these structural bolts are galvanized for corrosion resistance or quenched-and-tempered in the manufacturing process. This paper adopted the finite element simulation to demonstrate discrete mechanical performance for these bolts under tensile loading conditions, the coated and uncoated numerical model has been built up for two numerical integration methods: explicit and implicit. Experimental testing and numerical methods can fully approach the failure mechanism of these bolts and their ultimate load capacities. Comparison has also been conducted for two numerical integration methods, demonstrating that the explicit integration procedure is also suitable for solving quasi-static problems. Furthermore, by using precise bolt models in T-Stub, more accurately simulate the mechanical behavior of T-Stub, which will lay the foundation of the mechanical properties of steel bolted joints.
A nonlinear, three-dimensional finite element analysis was conducted on six intermediate L-shaped spandrel beams using the "ANSYS Civil FEM" program. The beams were constructed and tested in the laboratory under eccentric concentrated load at mid-span to obtain a combined loading case: torsion, bending, and shear. The reinforcement case parameters were as follows: without reinforcement, with longitudinal reinforcement only, and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions: T/V = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). The failure of the plain beams was brittle, and the addition of longitudinal steel bars increased beam strength, particularly under low eccentricity. Transverse reinforcement significantly affected the strength at high eccentricities, that is, at high torque. A program can predict accurately the behavior of these beams under different reinforcement cases, as well as under different ratios of combined loadings. The ANSYS model accurately predicted the loads and deflections for various types of reinforcements in spandrel beams, and captured the critical crack regions of these beams.
Md. Akter Hosen;Khalid Ahmed Al Kaaf;A.B.M. Saiful Islam;Mohd Zamin Jumaat;Zaheer Abbas Kazmi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.67-81
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2023
The reinforced concrete (RC) structures might need strengthening or upgradation due to adverse environmental conditions, design defects, modification requirements, and to prolong the expected lifespan. The RC beams have been efficiently strengthened using the near surface mounted (NSM) approach over the externally bonded reinforcing (EBR) system. In this study, the performance of RC beam elements strengthened with NSM-steel rebars was investigated using an experimental program and nonlinear finite element modeling (FEM). Nine medium-sized, rectangular cross-section RC beams total in number made up for the experimental evaluation. The beams strengthened with varying percentages of NSM reinforcement, and the number of grooves was assessed in four-point bending experiments up to failure. Based on the experimental evaluation, the load-displacement response, crack features, and failure modes of the strengthened beams were recorded and considered. According to the experimental findings, NSM steel greatly improved the flexural strength (up to about 84%) and stiffness of RC beams. The flexural response of the tested beams was simulated using a 3D non-linear finite element (FE) model. The findings of the experiments and the numerical analysis showed good agreement. The effect of the NSM groove and reinforcement on the structural response was then assessed parametrically.
This paper presents a rational methodology to calculate the bending moment distribution for fatigue tests of wind blades using the pairs of the strain gauges attached on the surfaces of wind blades. The methodology is based on the equation for the strains as functions of their positions and bending stiffness under the pure bending of the asymmetric cross section of a beam. The equation is used to simultaneously calculate flapwise and edgewise bending moment distribution of the wind blade brought by single or even dual axis fatigue tests. The appropriate position and selection scheme of strain gauges on a blade section were proposed through the observation of the strains on blade surfaces simulated with the finite element analysis for the full 3D shell model of a 100m-length-grade wind blade. The blade bending moment distribution calculated from the strains using the proposed methodology has shown to have very small dependency on the gauge positions and selections of the gauge pairs.
Molten zone shape of pulse laser welding is affected by welding conditions such as beam power, beam speed, irradiation time, pulse frequency, etc. and is divided into conduction type and keyhole type. It is necessary to design heat source model for irradiation of laser beam in the pulse laser welding. Shape variables and the maximum energy density value of the heat source model are different depending on the molten zone shape. In this paper, pulse laser welding simulation for joining of cylindrical part and circular cover was carried out. The heat source model for pulse laser beam with circular path was applied to the heat input boundary condition, radiative and conductive heat transfer were considered for the thermal boundary condition. For each phase, thermal and mechanical properties according to temperature were also applied to analysis. Analytical results were in good agreement with the molten zone size of specimen under the same welding conditions. So, the reliability of the welding simulation was verified. Finally, the improvements for reducing residual deformation after cover welding could be reviewed analytically.
We developed an accurate and simple vibration model to calculate the natural frequencies and their corresponding vibration modes for multi-span beam bridges with non-uniform cross-sections. A closed set of characteristic functions of a single-span beam was used to construct the vibration modes of the multi-span bridges, which were considered single-span beams with multiple constraints. To simplify the boundary conditions, the restraints were converted into spring constraints. Then the functional of the total energy has the same form as the penalty method. Compared to the conventional penalty method, the penalty coefficients in the proposed approach can be calculated directly, which can avoid the iteration process and convergence problem. The natural frequencies and corresponding vibration modes were obtained via the minimum total potential energy principle. By using the symmetry of the eigenfunctions or structure, the matrix size can be further reduced, which increases the computational efficiency of the proposed model. The accuracy and efficiency of the proposed approach were validated by the finite element method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.2
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pp.344-348
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2012
The knuckle crane design in Korea has been performed by assuming a cantilever beam type structure and numerically analyzing design data and finally improving the stiffness by replacing material. In our study, a complete finite element model of the knuckle crane is constructed and finite element analysis is conducted using Optistruct. Structural optimization to reduce the weight of the knuckle crane is processed by applying maximum loading condition at the largest radius of motion, which is the worst case of loading condition. As the results, existing over stiff design in a knuckle crane is corrected to meet a desired design limit and overall weight is reduced, which eventually leads to a reduction of $CO_2$ emission.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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