This paper describes the experimental and numerical investigation on circular and octagonal CFDST short columns under concentric loading to study their responses to various internal circular steel tube sizes by the constant cross-sectional dimensions of the external circular and octagonal steel tube. The non-linear finite element analysis of circular and octagonal CFDST columns was executed using the ABAQUS to forecast and compare the axial behavior influenced by the various sizes of internal circular steel tubes. The study shows that the axial compressive strength and ductility of circular and octagonal CFDST columns were significantly influenced by inner steel tubes with the strengths of constituent materials.
The axial compression behavior of nine self-compacting concrete columns confined with CFRP-PVC spirals was studied. Three parameters of spiral reinforcement spacing, spiral reinforcement diameter and height diameter ratio were studied. The test results show that the CFRP strip and PVC tube are destroyed first, and the spiral reinforcement and longitudinal reinforcement yield. The results show that with the increase of spiral reinforcement spacing, the peak bearing capacity decreases, but the ductility increases; with the increase of spiral reinforcement diameter, the peak bearing capacity increases, but has little effect on ductility, and the specimen with the ratio of height to diameter of 7.5 has the best mechanical properties. According to the reasonable constitutive relation of material, the finite element model of axial compression is established. Based on the verified finite element model, the stress mechanism is revealed. Finally, the composite constraint model and bearing capacity calculation method are proposed.
This study assessed the compressive and tensile strengths and modulus of elasticity of waste polyethylene terephthalate (PET) using the ASTM standard tests. In addition, short carbon and glass fibers were mixed with waste PET to examine the improvements in ductility and strength during compression. The bonding was examined via field-emission scanning electron microscopy. The strength degradation of the waste PET tested under UV was 40-50%. However, it had a compressive strength of 32.37 MPa (equivalent to that of concrete), tensile strength of 31.83 MPa (approximately ten times that of concrete), and a unit weight of 12-13 kN/m3 (approximately half that of concrete). A finite element analysis showed that, compared with concrete, a waste PET pile foundation can support approximately 1.3 times greater loads. Mixing reinforcing fibers with waste PET further mitigated this, thereby extending ductility. Waste PET holds excellent potential for use in foundation piles, especially while mitigating brittleness using short reinforcing fibers and avoiding UV degradation.
In this study, a new sustainable material was proposed to prepare precast tunnel lining segments (TLS), which were produced using a fiber-reinforced slag-based geopolymer composite. Slag was used as the geopolymer binder. In addition, polypropylene and carbon fibers were added to reinforce TLSs. TLSs were examined in terms of flexural performance, load-deflection response, ductility, toughness, crack characteristics, and tunnel boring machine (TBM) thrust force. Simultaneously, numerical simulation was performed using finite element analysis. The mechanical characteristics of the geopolymer composite with a fiber content of 1% were used. The results demonstrated that the flexural performance and load-deflection response of the precast TLSs were satisfactory. Furthermore, the numerical results were capable of predicting and realistically capturing the structural behavior of precast TLSs. Therefore, fiber-reinforced slag-based geopolymer composites can be applied as precast TLSs.
This paper describes the experimental and numerical investigations of octagonal Concrete-Filled Double Skinned Steel Tube (CFDST) short columns under the influence of various internal sizes of the circular and square steel tubes, with constant cross-sectional dimensions of the external octagonal steel tube under concentric loading. The non-linear finite element analysis of octagonal CFDST columns was executed using the ABAQUS to forecast and compare the axial compression behavior influenced by the various sizes of internal circular and square steel tubes. The study shows that the axial compressive strength and ductility of octagonal CFDST columns were significantly influenced by various internal dimensions of the circular and square steel tubes with the strengths of constituent materials.
This study explores the use of advanced concrete types to improve the performance of composite steel shear walls (CSPSWs), particularly in delaying cracking and failure. A two-phase approach is implemented. Phase I utilizes non-linear finite element analysis and Gene Expression Programming to develop a novel method for determining the minimum concrete thickness required in CSPSWs. Phase II investigates the effect of concrete type, opening area, and location on the behavior of CSPSWs with openings. The results demonstrate that ultra-high performance concrete (UHPFRC) significantly reduces out-of-plane displacement and tensile cracking compared to normal concrete. Additionally, the study reveals a strong correlation between opening position and load-bearing capacity, with position L3 exhibiting the greatest reduction as opening size increases. Finally, UHPFRC's superior energy dissipation translatesto a higher equivalent viscous damping coefficient.
The use of composite restorative materials is established due to continuing improvements in the materials and restorative techniques. Composite resins are widely used for the restoration of cervical lesions because of esthetics, good physical properties and working time. There are several types of cavity design for class V composite resin filling, but inappropriate cavity form may affect bonding failure, microleakage and fracture during mastication. Cavity preparations for composite materials should be as conservative as possible. The extent of the preparation is usually determined by the size, shape, and location of the defect. The design of the cavity preparation to receive a composite restoration may vary depending on several factors. In this study, 5 types of class V cavity were prepared on each maxillary central incisor. The types are; 1) V-shape, 2) round(U) shape, 3) box form, 4) box form with incisal bevel and 5) box form with incisal bevel and grooves for axial line angles. After restoration, in order to observe the concentration of stress at bonding surfaces of teeth and restorations, developing a 2-dimensional finite element model of labiopalatal section in tooth, surrounding bone, periodontal ligament and gingiva, based on the measurements by Wheeler, loading force from direction of 45 degrees from lingual side near the incisal edge was applied. This study analysed Von Mises stress with SuperSap finite element analysis program(Algor Interactive System, Inc.). The results were as follows : 1. Stress concentration was prevalent at tooth-resin bonding surface of cervical side on each model. 2. In model 2 without line angle, stress was distributed evenly. 3. Preparing bevel eliminated stress concentration much or less at line angle. 4. Model with round-shape distributed stress concentration more evenly than box-type model with sharp line angle, therefore decreased possibility of fracture. 5. Adding grooves to line angles had no effect of decreasing stress concentration to the area.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.614-621
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2019
A generalized laminated composite beam element is presented for the flexural and buckling analysis of laminated composite beams with double and single symmetric cross-sections. Based on shear-deformable beam theory, the present beam model accounts for transverse shear and warping deformations, as well as all coupling terms caused by material anisotropy. The plane stress and plane strain assumptions were used along with the cross-sectional stiffness coefficients obtained from the analytical technique for different cross-sections. Two types of one-dimensional beam elements with seven degrees-of-freedom per node, including warping deformation, i.e., three-node and four-node elements, are proposed to predict the flexural behavior of symmetric or anti-symmetric laminated beams. To alleviate the shear-locking problem, a reduced integration scheme was employed in this study. The buckling load of laminated composite beams under axial compression was then calculated using the derived geometric block stiffness. To demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed beam elements, the results based on three-node beam element were compared with those of other researchers and ABAQUS finite elements. The effects of coupling and shear deformation, support conditions, load forms, span-to-height ratio, lamination architecture on the flexural response, and buckling load of composite beams were investigated. The convergence of two different beam elements was also performed.
Sohn, Dongwoo;Park, Jong Youn;Cho, Young-Sam;Lim, Jae Hyuk;Lee, Haengsoo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.239-245
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2014
Finite element modeling of composite structures may be cumbersome due to complex distributions of reinforcements. In this paper, an efficient scheme is proposed that can generate periodic meshes for the composite structures. Regular meshes with hexahedral finite elements are first prepared, and the elements are then trimmed to fit external surfaces of reinforcements in the composite structures. The trimmed hexahedral finite elements located at interfaces between the matrix and the reinforcements correspond to polyhedral finite elements, which allow an arbitrary number of nodes and faces in the elements. Because the trimming process is consistently conducted by means of consistent algorithms, the elements of the reinforcements are automatically compatible with those of the matrices. With the additional consideration of periodicity of reinforcements in a representative volume element(RVE), the proposed scheme provides periodic meshes in an efficient manner, which are compatible for each pair of periodic boundaries of the RVE. Therefore, periodic boundary conditions for the RVE are enforced straightforwardly. Numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed scheme for finite element modeling of complex composite structures.
The aim of this study was to examine that thick dentin bonding agent application or low modulus composite restoration could reduce stresses on dentin bonding agent layer. A mandibular first premolar with abfraction lesion was modeled by finite element method. The lesion was restored by different composite resins with variable dentin bonding agent thickness ($50{\mu}m$, $100{\mu}m$, $150{\mu}m$). 170N of occlusal loading was applied buccally or lingually. Von Mises stress on dentin bonding agent layer were measured. When thickness of dentin bonding agent was increased von Mises stresses at dentin bonding agent were decreased in both composites. Lower elastic modulus composite restoration showed decreased von Mises stresses. On root dentin margin more stresses were generated than enamel margin. For occlusal stress relief at dentin boning agent layer to applicate thick dentin bonding agent or to choose low elastic modulus composite is recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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