Critical loads and load-carrying capacities for steel scaffolds used as shoring systems were compared using computational and experimental methods in Part I of this paper. In that paper, a simple 2-D model was established for use in evaluating the structural behavior of scaffold-shoring systems. This 2-D model was derived using an incremental finite element analysis (FEA) of a typical complete scaffold-shoring system. Although the simplified model is only two-dimensional, it predicts the critical loads and failure modes of the complete system. The objective of this paper is to present a closed-form solution to the 2-D model. To simplify the analysis, a simpler model was first established to replace the 2-D model. Then, a closed-form solution for the critical loads and failure modes based on this simplified model were derived using a bifurcation (eigenvalue) approach to the elastic-buckling problem. In this closed-form equation, the critical loads are shown to be function of the number of stories, material properties, and section properties of the scaffolds. The critical loads and failure modes obtained from the analytical (closed-form) solution were compared with the results from the 2-D model. The comparisons show that the critical loads from the analytical solution (simplified model) closely match the results from the more complex model, and that the predicted failure modes are nearly identical.
The stress distributions on a human mandible for 18 load cases under two different boundary conditions (mouth open and closed), using the three dimensional finite element modeling were studied. Also, the expected fracture loads for each load cases were calculated by using the Von-Mises yield criterion. The model of a mandible with all teeth was composed of 2402 hexahedron elements and 3698 nodes. CAD techniques were used to analyze the 3-dimensional results. The conclusions of this study were as follows: 1. In the mouth open state, the maximum stress occured at the condyle neck; when the lateral load was exerted, the maximum stress occured at the load side condyle. 2. In the mouth closed state, when the loads were exerted on the mandibular body and chin, the maximum stress occured at the loaded area, and when the loads were exerted on the angle and ramus, the maximum stress occured at the condyle neck. 3. The expected fracture loads in each load case were calculated using the Von-Mises yield criterion, and it was confirmed that the mandible in the mouth open state was more easily fractured than that in the mouth closed state, and the expected fracture loads are lesser in the cases that load direction is parallel at mandibular plane than 45°. 4. The magnitudes of the expected fracture loads increased in the order of angle, ramus, body and chin in case of the mouth closed state, while chin, body, angle and ramus in case of the mouth open state. 5. The Von-Mises stress concentration regions analyzed by F.E.M. corresponded well with the results of clinical studies.
The 3-noded metric Timoshenko beam element with an offset of the internal node from the element centre is used here to demonstrate the best-fit paradigm using function space formulation under locking and mesh distortion. The best-fit paradigm follows from the projection theorem describing finite element analysis which shows that the stresses computed by the displacement finite element procedure are the best approximation of the true stresses at an element level as well as global level. In this paper, closed form best-fit solutions are arrived for the 3-noded Timoshenko beam element through function space formulation by combining field consistency requirements and distortion effects for the element modelled in metric Cartesian coordinates. It is demonstrated through projection theorems how lock-free best-fit solutions are arrived even under mesh distortion by using a consistent definition for the shear strain field. It is shown how the field consistency enforced finite element solution differ from the best-fit solution by an extraneous response resulting from an additional spurious force vector. However, it can be observed that when the extraneous forces vanish fortuitously, the field consistent solution coincides with the best-fit strain solution.
A finite element model of a beam element with flexible connections is used to investigate the effect of the randomness in the stiffness values on the modal properties of the structural system. The linear behavior of the connections is described by a set of random fixity factors. The element mass and stiffness matrices are function of these random parameters. The associated eigenvalue problem leads to eigenvalues and eigenvectors which are also random variables. A second order perturbation technique is used for the solution of this random eigenproblem. Closed form expressions for the 1st and 2nd order derivatives of the element matrices with respect to the fixity factors are presented. The mean and the variance of the eigenvalues and vibration modes are obtained in terms of these derivatives. Two numerical examples are presented and the results are validated with those obtained by a Monte-Carlo simulation. It is found that an almost linear statistical relation exists between the eigenproperties and the stiffness of the connections.
In this paper a simple finite element is proposed for analyzing out of plane vibration of thin walled curved beams, with both open and closed sections, considering shear flexibility. The present element is obtained from a variational formulation governing the dynamics of a three-dimensional elastic body in which the stress tensor as well as the displacements are variationally independent. The element has two nodes with four degrees of freedom in each. Numerical examples for the first six frequencies are performed in order to assess the accuracy of the finite element formulation and to show the influence of the shear flexibility on the dynamics of the member.
This paper presents a finite element analysis of the electromechanical field in the spindle motor of a computer hard disk drive considering the speed control and mechanical flexibility. The driving circuit equation is modified by considering the switching action of PWM inverter, and is coupled with the Maxwell equation to obtain the nonlinear time-stepping finite element equation for the analysis of magnetic field. Magnetic force and torque are calculated by the Maxwell stress tensor. Mechanical motion of a rotor is determined by a time-stopping finite element method considering the flexibility of shaft, rotor and bearing. Both magnetic and mechanical finite element equations are combined in the closed loop to control the speed using PWM. Simulation results are verified by the experiments, and they are in food agreement with the experimental results.
This study is focused to predict the behavior of Al foam with closed-cell structure during the 3 point bending test and the upsetting test according to aspect ratio. We calculated characters of aluminum foams with closed-cell structure and took the simulation. The effects on the aspect ratio of the cell was investigated parametrically. The analysis was carried out on two models, First, the bending test in elasticity of the rectangular beam, and Second, the upsetting test in plasticity of the circular cylinder. In the analysis, the deformation of the beam and the cylinder was influenced by the aspect ratio of the cell. Further, We assumed that the geometry of feared aluminum cell change the stress and strain in the test.
Previously T.Porter [3] has given a relative Chinese Remainder Theorem under the hypothesis that given ring R has at least one .tau.-closed maximal ideal (by his notation Ma $x_{\tau}$(R).neq..phi.). In this short paper we drop his overall hypothesis that Ma $x_{\tau}$(R).neq..phi. and give the proof and some related results with this Theorem. In this paper R will always denote a commutative ring with identity element and all modules will be unitary left R-modules unless otherwise specified. Let .tau. be a given hereditarty torsion theory for left R-module category R-Mod. The class of all .tau.-torsion left R-modules, dented by J is closed under homomorphic images, submodules, direct sums and extensions. And the class of all .tau.-torsionfree left R-modules, denoted by F, is closed under taking submodules, injective hulls, direct products, and isomorphic copies ([2], Proposition 1.7 and 1.10).
In this paper, we study the inverse mode shape problem for an Euler-Bernoulli beam, using an analytical approach. The mass and stiffness variations are determined for a beam, having various boundary conditions, which has a prescribed polynomial second mode shape with an internal node. It is found that physically feasible rectangular cross-section beams which satisfy the inverse problem exist for a variety of boundary conditions. The effect of the location of the internal node on the mass and stiffness variations and on the deflection of the beam is studied. The derived functions are used to verify the p-version finite element code, for the cantilever boundary condition. The paper also presents the bounds on the location of the internal node, for a valid mass and stiffness variation, for any given boundary condition. The derived property variations, corresponding to a given mode shape and boundary condition, also provides a simple closed-form solution for a class of non-uniform Euler-Bernoulli beams. These closed-form solutions can also be used to check optimization algorithms proposed for modal tailoring.
In this paper, a simple and computationally efficient approach to non-isothermal three-dimensional analysis of hot forging processes is presented based on rigid-thermoviscoplastic finite element method. In the approach, the temperatures of dies are considered to be constant. Two hot forging processes of large crank shafts ranging from 800 to 1000 kg are simulated using the simple approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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