In this paper, rare earth element (REE)/polyester composites were designed with lanthanum oxide, gadolinium oxide, and lutetium oxide as ray shielding agents, and polyethylene terephthalate (PET) as the base. Monte Carlo simulation was carried out using FLUKA software. We found that the radiation protection performance of the composite is affected by the type and amount of REE; a higher amount of REE equated to a better radiation protection performance of the composite. When the thickness of the composite and total thickness of the REE is constant, the number of superimposed layers inside the composite does not affect its shielding performance. Compared with a single-type REE/PET composite, a mixed-type REE/PET composite has a wider range of γ-ray absorption and better radiation protection performance. When the mass ratio of PET to REE is 2:8 and different types of REE are mixed with equal mass, several 0.2 cm-thick mixed-type REE/PET composites can shield >70% of 60 and 80 KeV γ-rays.
In this study, a closed-form analysis has been developed for the transverse shear behavior of thin-walled composite beams with closed cross-sections. The shear flow distributions and cross-section stiffness coefficients are derived analytically by using a mixed beam approach. The theory has been applied to single-celled composite box-beams with elastic couplings. The location of the shear center and the effect of transverse shear deformation on the static behavior of composite beams are investigated in the framework of the analysis. The present results are validated against those of a two-dimensional finite element analysis and a good correlation has been obtained for box-beam cases considered in this study.
This paper aims to enhance the efficiency of bone fracture healing with bone plate made of fiber reinforced composite materials. The composite bone plate was designed as the same dimension and shape as the existing stainless steel bone plate. To find out the appropriate stacking sequence of the composite bone plate the variations of strain distributions were calculated using FE analysis when the bone plates were applied to the fracture site. From the analysis result it was found that the composite bone plate whose Young's modulus is lower than that of metal bone plate gave more uniform strain distribution and provided appropriate condition for callus formation and its development.
Composite beams of steel and concrete strengthened with fiber-reinforced polymers (FRP) may exhibit considerably enhanced flexural behaviour, but the combination of three materials with different characteristics and the various possible failure mechanisms that may govern performance make their analysis quite demanding. Previous studies provided significant insights into this problem and several methods were proposed for calculating flexural stiffness and strength, but these studies are restricted to the single member level of a simply supported composite beam section. However, the problem considerably changes when the beam is part of a frame system due to the degree of continuity provided by the surrounding structure, which represents the most common situation in practice. This paper explores the behaviour of semi-continuous FRP-strengthened composite beams, by considering the response characteristics of their end connections and their effects on overall performance. A novel analytical model is derived, which enables a step-by-step representation of the nonlinear relationship between an incremental mid-span design bending moment and corresponding connection rotations. After verification against finite element analyses, a parametric study is conducted which shows that the substantially increased bending moment resistance of FRP-strengthened composite beams can hardly be fully utilized due to a deficiency of corresponding large deformation capacity available in the connections. The extent to which the presence FRP strengthening can be exploited to enhance the beam flexural response depends on the interplay between various structural parameters, including the connection rotation capacity, the beam span, and the FRP modulus of elasticity and ultimate strength.
A 4-node assumed strain finite element based on higher order shear deformation theory is developed to investigate the behaviours of symmetric and unsymmetric laminated composite plates. The present element is based on Reddy's higher order shear deformation theory so that it can consider the parabolic distribution of shear deformation through plate thickness direction. In particular, assumed strain method is adopted to alleviate the shear locking phenomena inherited plate elements based on higher order shear deformation theory. The present finite element has seven degrees of freedom per node and denoted as HSA4. Numerical examples are carried out for symmetric and unsymmetric laminated composite plate with various thickness values. Numerical results are compared with reference solutions produced by other higher order shear deformation theories.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.447-455
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2006
A general purpose of 4-node co-rotational resultant shell element is developed for the solution of nonlinear problems of reinforced concrete, steel and fiber-reinforced composite structures. The formulation of the geometrical stiffness presented here is defined on the mid-surface by using the second order kinematic relations and is efficient for analyzing thick plates and shells by incorporating bending moment and transverse shear resultant forces. The present element is free of shear locking behavior by using the ANS (Assumed Natural Strain) method such that the element performs very well as thin shells. Inelastic behaviour of concrete material is based on the plasticity with strain hardening and elasto-plastic fracture model. The plasticity of steel is based on Von-Mises Yield and Ivanov Yield criteria with strain hardening. The transverse shear stiffness of laminate composite is defined by an equilibrium approach instead of using the shear correction factor. The proposed formulation is computationally efficient and versitile for most civil engineering application and the test results showed good agreement.
The pointwise equilibrium polynomial (PEP) element considering local second-order effect has been widely used in direct analysis of many practical engineering structures. However, it was derived according to Euler-Bernoulli beam theory and therefore it cannot consider shear deformation, which may lead to inaccurate prediction for deep beams. In this paper, a novel beam-column element based on Timoshenko beam theory is proposed to overcome the drawback of PEP element. A fifth-order polynomial is adopted for the lateral deflection of the proposed element, while a quadric shear strain field based on equilibrium equation is assumed for transverse shear deformation. Further, an additional quadric function is adopted in this new element to account for member initial geometrical imperfection. In conjunction with a reliable and effective three-dimensional (3D) co-rotational technique, the proposed element can consider both member initial imperfection and transverse shear deformation for second-order direct analysis of frame structures. Some benchmark problems are provided to demonstrate the accuracy and high performance of the proposed element. The significant adverse influence on structural behaviors due to shear deformation and initial imperfection is also discussed.
This paper investigates the transverse impact response for ultra lightweight cement composite (ULCC) filled pipe-in-pipe structures through a parametric study using both a validated finite element procedure and a validated theoretical model. The parametric study explores the effect of the impact loading conditions (including the impact velocity and the indenter shape), the geometric properties (including the pipe length and the dimensions of the three material layers) as well as the material properties (including the material properties of the steel pipes and the filler materials) on the impact response of the pipe-in-pipe composite structures. The global impact responses predicted by the FE procedure and by the theoretical model agree with each other closely. The parametric study using the theoretical approach indicates the close relationships among the global impact responses (including the maximum impact force and the maximum global displacement) in specimens with the equivalent thicknesses, proposed in the theoretical model, for the pipe-in-pipe composite structures. In the pipe-in-pipe composite structure, the inner steel pipe, together with the outer steel pipe, imposes a strong confinement on the infilled cement composite and enhances significantly the composite action, leading to improved impact resistance, small global and local deformations.
The purpose of this study was to analyze the stress distribution aspect of unrestored and restored combined shape (wedge shape occulusally and saucer shape gingivally) class V cavity, which found frequently in clinical cases. A maxillary second permolar restored with a combined shape class V composite restorations were modeled using the three dimensional finite element method. Static occlusal load of 170 N was applied on lingual incline of buccal cusp at the angle of $45^{\circ}$ with the longitudinal axis of the tooth. And three dimensional finite element analysis was taken by ANSYS (Version 6.0, Swanson Analysis System Co., Houston, U.S.A) program which represent the stress distribution on unrestored and restored cavity wall and margin. The conclusions were as follows. 1. Compared to the unrestored cavity, Von Mises stress at the cementoenamel junction and line angle of the cavity base were reduced and in restored cavity. 2. Von Mises stress at the occlusal and cervical cavity margin and wall were increased in restored cavity in comparison with the unrestored cavity. 3. In the hybrid and hybrid/flowable composite resin restoration, Von Mises stress at the cementoenamel junction and line angle of the cavity base were reduced more than in the flowable restoration. 4. In the hybrid and hybrid/flowable composite resin restoration, Von Mises stress at the occlusal and cervical cavity margin and wall were increased more than in the flowable restoration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.1
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pp.51-58
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2012
The objective of this paper is to predict the buckling pressure of a composite cylindrical shell using buckling formulas (ASME 2007, NASA SP 8007) and finite element analysis. The model in this study uses a stacking angle of [0/90]12t and USN 125 composite material. All specimens were made using a prepreg method. First, finite element analysis was conducted, and the results were verified through comparison with the hydrostatic pressure buckling experiment results. Second, the values obtained from the buckling formula and the buckling pressure values obtained from the finite element analysis were compared as the stacking angle was changed in $5^{\circ}$ increments from $20^{\circ}$ to $90^{\circ}$. The linear and nonlinear results of the finite element analysis were consistent with the results of the experiment, with a safety factor of 0.85-1. Based on the above result, the ASME 2007 formula, a simplified version of the NASA SP-8007 formula, is regarded as a buckling formula that provides a reliable safety factor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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