This paper utilizes LS-DYNA software to numerically investigate impact response and damage evaluation of fiber-reinforced polymer (FRP) bars-reinforced ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams (FRP-UHPC beams). Three-dimensional finite element (FE) models are established and calibrated by using literature-based static and impact tests, demonstrating high accuracy in simulating FRP-UHPC beams under impact loading. Parametric analyses explore the effects of impact mass, impactor height, FRP bar type and diameter, and clear span length on dynamic response and damage modes. Two failure modes emerge: tensile failure with bottom longitudinal reinforcement fracture and compression failure with local concrete compression near the impact region. Impact mass or height variation under the same impact energy significantly affects the first peak impact force, but minimally influences peak midspan displacement with a difference of no more than 5% and damage patterns. Increasing static flexural load-carrying capacity enhances FRP-UHPC beam impact resistance, reducing displacement deformation by up to 30%. Despite similar static load-carrying capacities, different FRP bars result in varied impact resistance. The paper proposes a damage assessment index based on impact energy, static load-carrying capacity, and clear span length, correlating well with beam end rotation. Their linearly-fitting coefficient was 1.285, 1.512, and 1.709 for the cases with CFRP, GFRP, and BFRP bars, respectively. This index establishes a foundation for an impact-resistant design method, including a simplified formula for peak midspan displacement assessment.
This study proposes a new hybrid approach that utilizes post-earthquake survey data and numerical analysis results from an evolving finite element routing model to capture vulnerability processes. In order to achieve cost-effective evaluation and optimization, this study introduced an online data evolution data platform. The proposed method consists of four stages: 1) development of diagnostic sensitivity curve; 2) determination of probability distribution parameters of throughput threshold through optimization; 3) update of distribution parameters using smart evolution method; 4) derivation of updated diffusion parameters. Produce a blending curve. The analytical curves were initially obtained based on a finite element model used to represent a similar RC building with an estimated (previous) capacity height in the damaged area. The previous data are updated based on the estimated empirical failure probabilities from the post-earthquake survey data, and the mixed sensitivity curve is constructed using the update (subsequent) that best describes the empirical failure probabilities. The results show that the earthquake rupture estimate is close to the empirical rupture probability and corresponds very accurately to the real engineering online practical analysis. The objectives of this paper are to obtain adequate, safe and affordable housing and basic services, promote inclusive and sustainable urbanization and participation, implement sustainable and disaster-resilient buildings, sustainable human settlement planning and management. Therefore, with the continuous development of artificial intelligence and management strategy, this goal is expected to be achieved in the near future.
The purpose of this study was to investigate the effects of composite resin restorations on the stress distribution of notch shaped noncarious cervical lesion using three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA). Extracted maxillary second premolar was scanned serially with Micro-CT (SkyScan1072 ; SkyScan, Aartselaar, Belgium). The 3D images were processed by 3D-DOCTOR (Able Software Co., Lexington, MA, USA). ANSYS (Swanson Analysis Systems, Inc., Houston, USA) was used to mesh and analyze 3D FE model. Notch shaped cavity was filled with hybrid or flowable resin and each restoration was simulated with adhesive layer thickness ($40{\mu}m$) A static load of 500 N was applied on a point load condition at buccal cusp (loading A) and palatal cusp (loading B). The principal stresses in the lesion apex (internal line angle of cavity) and middle vertical wall were analyzed using ANSYS. The results were as follows 1. Under loading A, compressive stress is created in the unrestored and restored cavity. Under loading B, tensile stress is created. And the peak stress concentration is seen at near mesial corner of the cavity under each load condition. 2. Compared to the unrestored cavity, the principal stresses at the cemeto-enamel junction (CEJ) and internal line angle of the cavity were more reduced in the restored cavity on both load con ditions. 3. In teeth restored with hybrid composite, the principal stresses at the CEJ and internal line angle of the cavity were more reduced than flowable resin.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3176-3183
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2010
A multi-scale fatigue life prediction methodology of composite pressure vessels subjected to multi-axial loading has been proposed in this paper. The multi-scale approach starts from the constituents, fiber, matrix and interface, leading to predict behavior of ply, laminates and eventually the composite structures. The multi-scale fatigue life prediction methodology is composed of two steps: macro stress analysis and micro mechanics of failure based on fatigue analysis. In the macro stress analysis, multi-axial fatigue loading acting at laminate is determined from finite element analysis of composite pressure vessel, and ply stresses are computed using a classical laminate theory. The micro stresses are calculated in each constituent from ply stresses using a micromechanical model. Three methods are employed in predicting fatigue life of each constituent, i.e. a maximum stress method for fiber, an equivalent stress method for multi-axially loaded matrix, and a critical plane method for the interface. A modified Goodman diagram is used to take into account the generic mean stresses. Damages from each loading cycle are accumulated using Miner's rule. Monte Carlo simulation has been performed to predict the overall fatigue life of a composite pressure vessel considering statistical distribution of material properties of each constituent, fiber volume fraction and manufacturing winding angle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1093-1100
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2014
The purpose of this paper is to suggest a weight-reduction design method for the hybrid carbody of a high-speed maglev train that uses aluminum extrusion profiles and sandwich composites. A sandwich composite was used on the roof as a secondary member to minimize the weight. In order to assemble the sandwich composite roof and aluminum extrusion side frame of the carbody using welding, a guide aluminum frame located at the four sides of the sandwich composite roof was introduced in this study. The clamping force of this guide aluminum frame was verified by three-point bending test. The structural integrity and crashworthiness of the hybrid carbody of a high-speed maglev train were evaluated and verified according to the Korean Railway Safety Law using a commercial finite element analysis program. The results showed that the hybrid carbody composed of aluminum extrusion frames and a sandwich composite roof was lighter in weight than a carbody made only of aluminum extrusion profiles and had better structural performance.
Thermal response induced from nonlinear temperature distribution in composite box gilder bridges depends on several variables(environmental conditions, physical and material properties, location and orientation of bridge, and cross-section geometry). In this paper, parametric study are conducted in order to find the effects of variations of seasons, location and orientation of bridge, sectional geometry and some material properties on the axial deformation, curvature and stresses in composite box girder bridge. A two-dimensional transient finite element model to conduct this parametric studies is briefly presented. Firstly, the effects of the parameters on the diurnal variation of curvature are considered, and for the time of maximum curvature, on the distribution of temperature and stresses of composite box girder sectional are considered. Finally, some considerations about the influence of the parameters on the daily maximum values of axial deformation, curvature and stresses are carried out. The influence of thermal effect on structures is important as much as the influence of live or dead load in some cases. In the design of steel composite bridges, the thermal stresses calculated on the supposition that the temperature difference between the concrete slab and steel girder is $10^{\circ}C$ and the temperature distributions are uniform in concrete slab and steel girder can be underestimated.
Kim, Kyoung Su;Kim, Young Kyu;Chhay, Lyhour;Lee, Seung Woo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.4
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pp.537-548
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2022
It is important to design the pavement thickness considering heavy-duty traffic loads, which can cause excessive stress and strain in the pavement. Port-rear roads and industrial roads have many problems due to early stress in pavement because these have a higher ratio of heavy loads than general roads such as national roads and expressways. Internationally, composite pavement has been widely applied in pavement designs in heavy-duty areas. Composite pavement is established as an economic pavement type that can increase the design life by nearly double compared to that of existing pavement while also decreasing maintenance and user costs. This study suggests a thickness design method for composite pavement using roller-compacted concrete as a base material to ensure long-term serviceability in heavy-duty areas such as port-rear roads and industrial roads. A three-dimensional finite element analysis was conducted to investigate the mechanical behavior and the long-term pavement performance ultimately to suggest a thickness design method that considers changes in the material properties of the roller-compacted concrete (RCC) base layer. In addition, this study presents a user-friendly catalog design method for RCC-base composite pavement considering the concept of linear damage accumulation for each container trailer depending on the season.
This study proposes a hybrid composite where a thin copper film (Cu film) is embedded in carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and quantum annealing is applied to derive the combination of Cu film placement that maximizes the through-thickness thermal conductivity. The correlation between each ply of CFRP and the Cu film is analyzed through finite element analysis, and based on the results, a combination optimization problem is formulated. A formalization process is conducted to embed the defined problem into quantum annealing, resulting in the formulation of objective functions and constraints regarding the quantity of Cu films that can be inserted into each ply of CFRP. The formulated equations are programmed using Ocean SDK (Software Development Kit) and Leap to be embedded into D-Wave quantum annealer. Through the quantum annealing process, the optimal arrangement of Cu films that satisfies the maximum through-thickness thermal conductivity is determined. The resulting arrangements exhibit simpler patterns as the quantity of insertable Cu films decreases, while more intricate arrangements are observed as the quantity increases. The optimal combinations generated according to the quantity of Cu film placement illustrate the inherent thermal conductivity pathways in the thickness direction, indicating that the transverse placement freedom of the Cu film can significantly affect the results of through-thickness thermal conductivity.
Nie, Biao;Xu, Shanhua;Zhang, Haijiang;Zhang, Zongxing
Steel and Composite Structures
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v.35
no.5
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pp.611-625
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2020
Experimental investigation and finite element analysis of corroded cold-formed steel (CFS) columns are presented. 11 tensile coupon specimens and 6 stub columns of corroded CFS that had a channel section of C160x60x20 were subjected to monotonic tensile tests and axial compression tests, respectively. The degradation laws of the mechanical properties of the tensile coupon specimens and stub columns were analysed. An appropriate finite element model for the corroded CFS columns was proposed and the influence of local corrosion on the stability performance of the columns was studied by finite element analysis. Finally, the axial capacity of the experimental results was compared with the predictions obtained from the existing design specifications. The results indicated that with an increasing average thickness loss ratio, the ultimate strength, elastic modulus and yield strength decreased for the tensile coupon specimens. Local buckling deformation was not noticeable until the load reached about 90% of the ultimate load for the non-corroded columns, while local buckling deformation was observed when the load was only 40% of the ultimate load for the corroded columns. The maximum reduction of the ultimate load and critical buckling load was 57% and 81.7%, respectively, compared to those values for the non-corroded columns. The ultimate load of the columns with web thickness reduced by 2 mm was 53% lower than that of the non-corroded columns, which indicates that web corrosion most significantly affects the bearing capacity of the columns with localized corrosion. The results predicted using the design specifications of MOHURD were more accurate than those predicted using the design specifications of AISI.
Conventional nonlinear finite element analysis requires complicated modeling and analytical technique. Furthermore, it is difficult to interpret the analytical results presented as the stress-strain relationship. In the present study, a design-oriented analytical method using the truss model was developed. A reinforced concrete member to be analyzed was idealized by longitudinal, transverse, and diagonal line elements. Basically, each element was modeled as a composite element of concrete and re-bars. Simplified cyclic models for the concrete and re-bar elements were developed. RC beams and walls with various reinforcement details were analyzed by the proposed method. The inelastic strength, energy dissipation capacity, deformability, and failure mode predicted by the proposed method were compared with those of existing experiments. The results showed that the proposed model accurately predicted the strength and energy dissipation capacities, and to predict deformability of the members, the compression-softening model used for the concrete strut element must be improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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