Lee, Su-Yeong;Lee, Nam Ju;Choi, Ung-Jae;Kim, Hong Seok;Shin, Ki-Hoon;Cheong, Seong-Kyun
Journal of the Korean Society of Safety
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v.31
no.6
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pp.1-5
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2016
A bicycle is one of the most popular sporting goods in view of a sport activity and a human health. Metallic materials such as steel, aluminum, etc. were mainly used to the bicycle fork in the past. Nowadays, the carbon fiber reinforced composite materials are widely used to the manufacturing of a bicycle fork to reduce the weight and to increase the efficiency. Safety is a most important design parameter of a bicycle fork even if the weight and cost reduction are important. Bicycle failure may happen at the critical spot of a bicycle fork and cause the accident. In this paper, the composite bicycle fork will be analyzed to secure the safety and detect a critical spot by using the finite element method with Tsai-Wu failure criterion. The stress data were obtained for the laminated composites with various number of plies and fiber orientation under the bending load. Thus, design concept of a bicycle fork was proposed to secure the safety of a bicycle. The finite element analysis results show that the connection area between a steer tube and a fork blade is critical spot, and 75 or more layers of 0 degree are needed to secure the safety of a bicycle fork.
The compression and tension test were performed to evaluate the stiffnesses of the conical composite lattice structures and results of test were compared with finite element analysis results. Because of difficulty to perform simple tension and compression test due to conical shape, suitable specimens and jig for test were made. Subelements extracted from the structure were prepared for compression test. Compression test of subelement was performed and compressive strains in fiber direction were measured. Compressive stiffness of the helical rib was verified by finite element analysis results. For stiffness of hoop rib, hoop ring specimens were extracted from the structure. Tension test of hoop ring specimen was performed to apply bending deformation to hoop rib. Stiffness of hoop rib was verified by finite element model considering various fiber volume fraction in thickness direction.
Assie, Amr;Akbas, Seref D.;Kabeel, Abdallah M.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.1
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pp.79-90
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2022
In this study, the dynamic behavior of functionally graded layered deep beams with viscoelastic core is investigated including the porosity effect. The material properties of functionally graded layers are assumed to vary continuously through thickness direction according to the power-law function. To investigate porosity effect in functionally graded layers, three different distribution models are considered. The viscoelastically cored deep beam is exposed to harmonic sinusoidal load. The composite beam is modeled based on plane stress assumption. The dynamic equations of motion of the composite beam are derived based on the Hamilton principle. Within the framework of the finite element method (FEM), 2D twelve -node plane element is exploited to discretize the space domain. The discretized finite element model is solved using the Newmark average acceleration technique. The validity of the developed procedure is demonstrated by comparing the obtained results and good agreement is detected. Parametric studies are conducted to demonstrate the applicability of the developed methodology to study and analyze the dynamic response of viscoelastically cored porous functionally graded deep beams. Effects of viscoelastic parameter, porosity parameter, graduation index on the dynamic behavior of porous functionally graded deep beams with viscoelastic core are investigated and discussed. Material damping and porosity have a significant effect on the forced vibration response under harmonic excitation force. Increasing the material viscosity parameters results in decreasing the vibrational amplitudes and increasing the vibration time period due to increasing damping effect. Obtained results are supportive for the design and manufacturing of such type of composite beam structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.697-703
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2017
This paper examines the flexure behavior of FRP-concrete composite structure that can replace conventional reinforced concrete structure types. In order to investigate the structural performance and behavioral characteristics in numerical analysis means, ABAQUS, a general purpose finite element analysis program, was utilized for nonlinear finite element analysis, and the various variables and their influences were analyzed and compared with experimental results to suggest values optimized to this composite structure. The concrete damage plasticity model and Euro code for concrete were used. In the implicit finite element analysis, the convergence was ambiguous when geometrical and material nonlinearity were large, so the explicit finite element analysis used in this study was deemed to be appropriate. From the comparison with the experiment about concrete damaged plasticity model, 20mm for the mesh size, $30^{\circ}$ for the dilation angle, $100Nmm/mm^2$ for the value of fracture energy, 0.667 for Kc value, and the consideration of damage parameter were suggested believed to be appropriate. The numerical model suggested in this study was able to imitate the ultimate load and cracking pattern very well; therefore, it is expected to be utilized in research of various new material composite structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.118-126
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2011
The objective of this paper is to study the structural behavior of Composite Basement Wall (CBW) according to shear span-to-depth ratio through an experiment and predict the nonlinear behavior of CBW by using ADINA program widely has been being used for FE analysis. Especially, this study focuses on the part of CBW in which the Reinforced Concrete (RC) is under compression stress; At the region of CBW around each floor, RC part stresses by compressive force when lateral press by soil acts on the wall. The contact condition between RC wall and steel (H-Pile) including stud connector is main factor in the analysis since it governs overall structural behavior. In order to understand the structural behavior of CBW whose RC part is under compressive stress, an experimental work and finite element analysis were performed. Main parameter in the test is shear span-to-depth ratio. For simplicity in analysis, reinforcements were not modeled as a seperated element but idealized as smeared to concrete. All elements were modeled to have bi-linear relation of material properties. Three type of contact conditions such as All Generate Option (AGO), Same Element Group Option with Tie(SEGO-T) and Same Element Group Option with Not tie(SEGO-NT) were considered in the analysis. For each analysis, the stress flow and concentration were reviewed and analysis result was compared to test one. From the test result, CBW represented ductile behavior by contribution of steel member even if it had short shear span-to-depth ration which is close to "1". The global composite behavior of CBW whose concrete wall was under compressive stress could be predicted by using contact element in ADINA program. Especially, the modeling by using AGO and SEGO-T showed more close relation on comparing with test result.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.789-798
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2008
The stiffness method provides a framework to calculate the structural deformations directly from solving the equilibrium state. However, to use the displacement shape functions leads to approximate estimation of stiffness matrix and resisting forces, and accordingly results in a low accuracy. The conventional flexibility method uses the relation between sectional forces and nodal forces in which the equilibrium is always satisfied over all sections along the element. However, the determination of the element resisting forces is not so straightforward. In this study, a new fiber finite element mixed method has been developed for nonlinear anaysis of steel-concrete composite structures in the context of a standard finite element analysis program. The proposed method applies the Newton method based on the load control and uses the incremental secant stiffness method which is computationally efficient and stable. Also, the method is employed to analyze the steel-concrete composite structures, and the analysis results are compared with those obtained by ABAQUS. The comparison shows that the proposed method consistently well predicts the nonlinear behavior of the composite structures, and gives good efficiency.
Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because of higher specific stiffness and specific strength of composite materials. In this work, one-piece driveshafts composed of carbon/epoxy and glass/epoxy composites were designed and manufactured for a rear wheel drive automobile satisfying three design specifications, such as static torque transmission capability, torsional buckling and the fundamental natural bending frequency. Single lap adhesive joint was used to join the composite shaft and the aluminum yoke. The torque transmission capability of the adhesively bonded composite shaft was calculated with respect to bonding length and yoke thickness by finite element analysis and compared with the experimental result. Torque transmission capability was based on the Tsai-Wu failure index fur composite shaft and the failure model which incorporated the nonlinear mechanical behavior of aluminum yoke and epoxy adhesive. From the experiments and the finite element analyses, it was found that the static torque transmission capability of the composite driveshaft was highest at the critical yoke thickness, and saturated beyond the critical length. Also, it was found that the one-piece composite driveshaft had 40% weight saving effect compared with a conventional two-piece steel driveshaft.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.22-26
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2002
The goal of this study is to replace the current forward 2-piece propeller shaft of 8 ton large truck made of steel with 1-piece composite propeller shaft. A low cost Glass/Epoxy composite propeller shafts were successfully developed, which satisfy requirements such as the capacity of static torque transfer, fatigue strength and bending natural frequency. Devising secure joining method of a composite tube and metal yoke was the most critical issue in successful development of a high torque composite propeller shaft. In this study, joining method using thermal interference fit was adopted for composite to metal joint. Optimum conditions of heating temperature and interference level of thermal interference fit were determined from thermal stress analysis using 3D finite element method. Static torsion test, fatigue test, RPM and balance test were performed to verify the design.
This study evaluated the influence of the type of restoration and the amount of interdental spacing on the stress distribution in maxillary central incisors restored by means of porcelain laminate veneers and direct composite resin restorations. Three-dimensional finite element models were fabricated to represent different types of restorations. Four clinical situations were considered. Type I, closing diastema using composite resin. Labial border of composite resin was extended just enough to cover the interdental space; Type II, closing diastema using composite resin without reduction of labial surface. Labial border of composite resin was extended distally to cover the half of the total labial surface; Type III, closing diastema using composite resin with reduction of labial surface. Labial border of the preparation and restored composite resin was extended distally two-thirds of the total labial surface; Type IV, closing diastema using porcelain laminate veneer with a feathered-edge preparation technique. Four different interdental spaces (1.0, 2.0. 3.0, 4.0 mm) were applied for each type of restorations. For all types of restoration, adding the width of free extension of the porcelain laminate veneer and composite resin increased the stress occurred at the bonding layer. The maximum stress values observed at the bonding layer of Type IV were higher than that of Type I, II and III. However, the increasing rate of maximum stress value of Type IV was lower than that of Type I, II and III.
Proposed is a new method to determine the characteristic lengths for the failure analysis of composite joint without experiments. New method uses the result that the stress distribution in the characteristic length specimens is linearly proportional to the applied load. The compressive characteristic lengths calculated by the present method are exactly same as the lengths obtained by the conventional method based on experiment. The new tensile characteristic length is defined using the strength of the notched laminate, while previous methods use the strength of the sound laminate. That change allows calculating the tensile characteristic length numerically without experiment like the compressive characteristic length. Finite element analyses are conducted by MSC/NASTRAN. The interface between the fastener and laminate is modeled by the contact surface element. The finite element results based on the new characteristic lengths show the excellent agreement with experimental results for the Graphite/Epoxy composite .joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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