The nonlinear finite element program has been developed to analyze the design performance of an artificial hip prosthesis and long term behavior of a treated femur with stems made of composite material after cementless total hip arthroplasty(THA). The authors developed the three dimentional FEM models of femoral bone with designed composite stem which was taken with elliptic cross section of 816 brick elements under hip contact load and muscle farce in simulating single leg stand. Using the program, density changes, stress distributions and micromotions of the material femoral bone were evaluated by changing fiber orientation of stems for selected manufacturing method such as plate cut and bend mold. The results showed that the composite materials such as AS4/PEEK and T300/976 gave less bone resorption than the metallic material such as cobalt chrome alloy, titanium alloy and stainless steal. It was found that increasing the long term stability of the prosthesis in the femur could be obtained by selecting the appropriate ply orientation and stacking sequence of composite.
Kim, Eui-Soo;Kim, Ji-Hoon;Park, Yoon-So;Kim, Chul;Choi, Jae-Chan
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.933-937
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2002
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. Pressure vessels using this composite material in comparison with conventional metal vessels can be applied in the field where lightweight and the high pressure are demanded from the defense and aerospace industry to rocket motor case due to the merits which are energy cutdown the weight reduction and decrease of explosive damage preceding to the sudden explosion which is generated by the pressure leakage condition). In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding composite pressure vessel receiving an internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS, general commercial software, which is verified as the accuracy and useful characteristic of the solution based on Auto LISP and ANSYS APDL. Both the preprocessor for doing exclusive analysis of filament winding composite pressure vessel and postprocessor that simplifies result of analysis have been developed to help the design engineers.
Dental caries, one of the most frequent dental disease, become larger because it can be thought as a simple disease. Further more, it can progress to unexpected root canal therapy with fabrication of crown that needs reduction of tooth structure. Base is required in a large caries and ZOE, ZPC, glass ionomer are used frequently as base material. They, with restorative material, can affect the longevity of the restoration. In this study, we assume that the mandibular 1st molar has deep class I cavity. So, installing the 3 base material, 3 kinds of fillings were restored over the base as follows; 1) amalgam only, 2) amalgam with ZPC, 3) amalgam with ZOE, 4) amalgam with GI cement, 5) gold inlay with ZPC, 6) gold inlay with GI cement, 7) composite resin only, 8) composite resin with GI cement. After develop the 3-dimensional model for finite element analysis, we observe the distribution of stress and temperature with force of 500N to apical direction at 3 point on occlusal surface and temperature of 55 degree, 15 degree on entire surface. The analyzed results were as follow : 1. Principal stress produced at the interface of base, dentin, cavity wall was smallest in case of using GI cement as base material under the amalgam. 2. Principal stress produced at the interface of base, dentin, cavity wall was smaller in case of using GI cement as a base material than ZPC under gold inlay. 3. Composite resin-filled tooth showed stress distributed over entire tooth structure. In other words, there was little concentration of stress. 4. ZOE was the most effective base material against hot stimuli under the amalgam and GI cement was the next. In case of gold inlay, GI cement was more effective than ZPC. 5. Composite resin has the small coefficient of thermal conductivity. So, composite resin filling is the most effective insulating material.
Kim, ChangJong;Cho, Sung Min;Kim, Eun Jung;Yoon, Kee Bong
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.17
no.3
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pp.20-26
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2013
In this research, an empirical study on the designed burst pressure of Type3 composite cylinder was performed by hydrostatic burst test equipment. The designed burst pressure of Type3 composite cylinders, which are 6.8 liter and 31 MPa of service pressure, was estimated with the analysis using the finite element method. In order to confirm its accuracy, the burst test of small Type3 composite cylinders was perfomed through three times. The burst test equipment can pressurize to 400 MPa. As a result of comparison between the designed burst pressure and actual burst pressure, the difference was less than 4 percentage. With a test result, the analysis accuracy was verified. This technique will be applied to both qualification and inspection for the composite cylinder.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.9-15
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2010
In this paper, dynamic modeling of hull structure including surface-bonded piezoelectric composite actuator was developed and structural vibration control performance was evaluated. Cylindrical shell structure with end-caps was considered as a host structure which could be used as a simple model of fuselage of aircraft and underwater vehicles. An advanced piezoelectric composite, macro-fiber composite(MFC), which has been developed in NASA Langley Research Center was applied for the effective structural vibration control. MFC has great flexibility by using piezoceramic fiber sheet and enhanced piezoelectric effect for in-plane motion by utilizing interdigitated electrode. Governing Equations were derived from the finite element model and modal characteristics were investigated. Modal test was conducted to verify the finite element model. Optimal controller was designed and implemented for the evaluation of vibration control performance. Structural vibration was controlled effectively by applying proper control input to the piezoelectric actuators.
In this study, the strength safety of a composite fuel tank which is fabricated by an aluminum liner of Al6061-T6 materials and composite layers of carbon/epoxy-glass/epoxy composites has been analyzed by using a finite element analysis technique. In order to enhance the durability of the composite fuel tank, an autofrettage process was used and compressed natural gas was supplied to the prestressed fuel tank. The FEM computed results on the stress safety of autofrettaged gas tanks were compared with a criterion of design safety of US DOT-CFFC and Korean Standard. The FEM computed results indicated that the stress safety of autofrettaged fuels tanks shows instability at the dome zone and uniform stability at the parallel body, which provide an evaluation data for a strength safety of autofrettaged composite fuel tanks. The computed results show that the stress safety of 9.2 liter composite fuel tanks satisfied the safety criteria of four evaluation items, which are provided by US DOT-CFFC and KS and indicated a safe design.
Although the aircraft industry was the first to use fibre composites, now they are increasingly used in a range of structural applications such as flooring, decking, platforms and roofs. Interlayer delamination is a major failure mode which threatens the reliability of composite structures. Delamination can grow in size under increasing loads with time and hence leads to severe loss of structural integrity and stiffness reduction. Delamination reduces the natural frequency and as a consequence may result in resonance. Hence, the study of the effects of delamination on the free vibration behaviour of multilayer composite structures is imperative. The focus of this paper is to develop a 3D FE model and investigate the free vibration behaviour of fibre composite multilayer sandwich panels with interlayer delaminations. A series of parametric studies are conducted to assess the influence of various parameters of concern, using a commercially available finite element package. Additionally, selected points in the delaminated region are connected appropriately to simulate bolting as a remedial measure to fasten the delamination region in the aim of reducing the effects of delamination. First order shear deformation theory based plate elements have been used to model each sandwich layer. The findings suggest that the delamination size and the end fixity of the plate are the most important factors responsible for stiffness reduction due to delamination damage in composite laminates. It is also revealed that bolting the delaminated region can significantly reduce the natural frequency variation due to delamination thereby improving the dynamic performance.
Fiber reinforced composites fabricated by the resin film infusion (RFI) process, which is one of the outof-autoclave process, have the advantage of significantly reducing the processing cost in large structures while having excellent mechanical properties and uniform impregnation of the resin. In this study, we applied RFI carbon fiber composites to unmanned aerial vehicle structures to improve structural safety and achieve weight reduction. The tensile test results showed that the strength was 46% higher than that of generic T300 grade plain weave carbon fiber composites. As a result of the layup design and finite element analysis of the composite wing structure using the above material properties, the wing tip deflection is decreased by 31%, the structural safety factor is increased by 28% and the weight of the entire structure can be reduced by more than 10% compared to the reference model using glass fiber composite material.
In this paper, we manufactured silsesquiaznae (SSQZ)-coated carbon nanotube (CNT) surface heating elements, which allowed stable heating at high temperatures. The prepared composite sheet was confirmed by FE-SEM that the SSQZ fully coated the surface of CNT sheet. Furthermore, it was also confirmed that the silicon carbonitride (SiCN) ceramic formed by heat treatment of 800℃ have no defects found and maintain intact structure. The CNT/SiCN composite sheet was able to achieve higher thermal stability than raw CNT sheets in both nitrogen and air atmosphere. Finally, the CNT/SiCN composite sheet was possible to heat up at a temperature of over 700℃ in the atmosphere, and the re-heating was successfully operated after cooling.
Superior to traditional welded studs, high strength friction-grip bolted shear connectors facilitate the assembling and demounting of the composite members, which maximizes the potential for efficiency in the construction and retrofitting of new and old structures respectively. Hence, it is necessary to investigate the structural properties of high strength friction-grip bolts used in steel concrete composite beams. By means of push-out tests, an experimental study was conducted on post-installed high strength friction-grip bolts, considering the effects of different bolt size, concrete strength, bolt tensile strength and bolt pretension. The test results showed that bolt shear fracture was the dominant failure mode of all specimens. Based on the load-slip curves, uplifting curves and bolt tensile force curves between the precast concrete slab and steel beam obtained by push-out tests, the anti-slip performance of steel-concrete interface and shear behavior of bolt shank were studied, including the quantitative analysis of anti-slip load, and anti-slip stiffness, frictional coefficient, shear stiffness of bolt shank and ultimate shear capacity. Meanwhile, the interfacial anti-slip stiffness and shear stiffness of bolt shank were defined reasonably. In addition, a total of 56 push-out finite element models verified by the experimental results were also developed, and used to conduct parametric analyses for investigating the shear behavior of high-strength bolted shear connectors in steel-concrete composite beams. Finally, on ground of the test results and finite element simulation analysis, a new design formula for predicting shear capacity was proposed by nonlinear fitting, considering the bolt diameter, concrete strength and bolt tensile strength. Comparison of the calculated value from proposed formula and test results given in the relevant references indicated that the proposed formulas can give a reasonable prediction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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