In this paper, a topology optimization method based on the element independent nodal density (EIND) is developed for continuum solids with multiple load cases and multiple constraints. The optimization problem is formulated ad minimizing the volume subject to displacement constraints. Nodal densities of the finite element mesh are used a the design variable. The nodal densities are interpolated into any point in the design domain by the Shepard interpolation scheme and the Heaviside function. Without using additional constraints (such ad the filtering technique), mesh-independent, checkerboard-free, distinct optimal topology can be obtained. Adopting the rational approximation for material properties (RAMP), the topology optimization procedure is implemented using a solid isotropic material with penalization (SIMP) method and a dual programming optimization algorithm. The computational efficiency is greatly improved by multithread parallel computing with OpenMP to run parallel programs for the shared-memory model of parallel computation. Finally, several examples are presented to demonstrate the effectiveness of the developed techniques.
Asiri, Saeed A.;Akbas, Seref D.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.713-722
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2020
This article aims to illustrate the damped dynamic responses of layered functionally graded (FG) thick 2D beam under dynamic pulse sinusoidal load by using finite element method, for the first time. To investigate the response of thick beam accurately, two-dimensional plane stress problem is assumed to describe the constitutive behavior of thick beam structure. The material is distributed gradually through the thickness of each layer by generalized power law function. The Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive model is exploited to include the material internal damping effect. The governing equations are obtained by using Lagrange's equations and solved by using finite element method with twelve -node 2D plane element. The dynamic equation of motion is solved numerically by Newmark implicit time integration procedure. Numerical studies are presented to illustrate stacking sequence and material gradation index on the displacement-time response of cantilever beam structure. It is found that, the number of waves increases by increasing the graduation distribution parameter. The presented mathematical model is useful in analysis and design of nuclear, marine, vehicle and aerospace structures those manufactured from functionally graded materials (FGM).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.179-190
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1998
All brick masonry buildings are constructed without any structural limitation under earthquake load, in Korea. However, it is necessary to evaluate response for seismic loads since the number of earthquake occurances in Korea is increasing. In this paper, the load resisting capacities of brick masonry buildings are investigated by finite element analysis method and the response due to seismic load are analyzed by applying 0.12g earthquake load. It was observed that the two story masonry building is not safe under the 0.12g earthquake load, especially at the first floor. The cracks were occurred under the bond beam and around the openings due to the stress concentration.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.4
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pp.53-60
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2019
In this study, a method for updating the finite element model of bridges with genetic algorithm using static displacement were presented, and verified this method using field test data for PSC girder bridge. As a field test, static load test and pseudo-static load test were conducted, and updated the finite element model of test bridge using each test data. Finally, evaluated the bridge load carrying capacity with updated model using pseudo-static load test's displacement data. To evaluate the bridge load carrying capacity, KHBDC-LSD, KHBDC and AASHTO LRFD's live load model were used, and compared the each results.
Jun B. Y.;Kang S. M.;Park J.M.;Lee M. C.;Park R. H.;Joun M. S.
Transactions of Materials Processing
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v.14
no.5
s.77
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pp.423-431
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2005
In this paper, a systematic attempt for estimating geometric dimensions of cold forgings is made by finite element method and a practical approach is presented. In the approach, the forging process is simulated by a rigid-plastic finite element method under the assumption that the die is rigid. With the information obtained from the forging simulation, die structural analysis and springback analysis of the material are carried out. In the springback analysis, both mechanical load and thermal load are considered. The mechanical load is applied by unloading the forming load elastically and the thermal load is by cooling the increased temperature due to the plastic work to the room temperature. All the results are added to predict the final dimensions of the cold forged product. The predicted dimensions are compared with the experiments. The comparison has revealed that predicted results are acceptable in the application sense.
Background: Confirm the stability of intervertebral disc sustaining each fused lumbar spine cases, comparing vertical compression, A-P shear force and rotational moment on intervertebral disc of instrumented lumbar spine with simple vertical compression load and follower load using finite element analysis. Materials and Methods: We analyze the stability of intervertebral disc L4-5 supporting fused lumbar spine segments. After performing finite element modelling about L1-L5 lumbar vertebral column and L1-L4 each fusion level pedicle screw system for fused lumbar spine fine element model. Intervertebral discs with complex structure and mechanical properties was modeled using spring element that compensate stiffness and tube-to-tube contact element was employed to give follower load. Performing geometrical non-linear analysis. Results: The differences of intervertebral disc L4-5 behavior under the follower compression load in comparision with vertical compression load are as follows. Conclusion: As a result of finite element interpretation of instrumented lumbar spine, the stability of L4-5 sustaining fused lumbar segment, the long level fused lumbar spine observed hing stability under follower load. This research method can be the basis tool of effects prediction for instrumentation, a invention of a more precious finite element interpretation model which consider the role of muscle around the spine is loaded.
Tension-stiffening is the contribution of concrete between the cracks to carry tensile stresses after cracking in Reinforced Concrete (RC) members. In this paper, a tension-stiffening model has been proposed for computationally efficient nonlinear analysis of RC flexural members subjected to service load. The proposed model has been embedded in a typical cracked span length beam element. The element is visualized to consist of at the most five zones (cracked or uncracked). Closed form expressions for flexibility and stiffness coefficients and end displacements have been obtained for the cracked span length beam element. Further, for use in everyday design, a hybrid analytical-numerical procedure has been developed for nonlinear analysis of RC flexural members using the proposed tension-stiffening model. The procedure yields deflections as well as redistributed bending moments. The proposed model (and developed procedure) has been validated by the comparison with experimental results reported elsewhere and also by comparison with the Finite Element Method (FEM) results. The procedure would lead to drastic reduction in computational time in case of large RC structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.1
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pp.54-62
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2008
In this paper the fretting wear of press-fitted specimens subjected to a cyclic bending load was simulated using finite element analysis and numerical method. The amount of microslip and contact variable at press-fitted and bending load condition in a press-fitted shaft was analysed by applying finite element method. With the finite element analysis result, a numerical approach was applied to predict fretting wear based on modified Archard's equation and updating the change of contact pressure caused by local wear with influence function method. The predicted wear profiles of press-fitted specimens at the contact edge were compared with the experimental results obtained by rotating bending fatigue tests. It is shown that the depth of fretting wear by repeated slip between shaft and boss reaches the maximum value at the contact edge. The initial surface profile is continuously changed by the wear at the contact edge, and then the corresponding contact variables are redistributed. The work establishes a basis for numerical simulation of fretting wear on press fits.
This paper presents an investigation on bearing capacity, load-settlement behavior and safety factor of rock-soil slopes reinforced using geogrid-box method (GBM). To this end, small-scale laboratory studies were carried out to study the load-settlement response of a circular footing resting on unreinforced and reinforced rock-soil slopes. Several parameters including unit weight of rock-soil materials (loose- and dense-packing modes), slope height, location of footing relative to the slope crest, and geogrid tensile strength were studied. A series of finite element analysis were conducted using ABAQUS software to predict the bearing capacity behavior of slopes. Limit equilibrium and finite element analysis were also performed using commercially available software SLIDE and ABAQUS, respectively to calculate the safety factor. It was found that stabilization of rock-soil slopes using GBM significantly improves the bearing capacity and settlement behavior of slopes. It was established that, the displacement contours in the dense-packing mode distribute in a broader and deeper area as compared with the loose-packing mode, which results in higher ultimate bearing load. Moreover, it was found that in the loose-packing mode an increase in the vertical pressure load is accompanied with an increase in the soil settlement, while in the dense-packing mode the load-settlement curves show a pronounced peak. Comparison of bearing capacity ratios for the dense- and loose-packing modes demonstrated that the maximum benefit of GBM is achieved for rock-soil slopes in loose-packing mode. It was also found that by increasing the slope height, both the initial stiffness and the bearing load decreases. The results indicated a significant increase in the ultimate bearing load as the distance of the footing to the slope crest increases. For all the cases, a good agreement between the laboratory and numerical results was observed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.1-4
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2001
Dynamic analysis of laminated beams with a embedded damping layer under tension or compression axial load is investigated. Improved Layer-Wise Zig-Zag Beam Theory and Interdependent Kinematic Relation using the governing equations of motion are incorporated to model the laminated beams with a damping layer and a corresponding beam zig-zag finite element is developed. Flexural frequencies and modal loss actors under tension or compression axial load are calculated based on Complex Eigenvalue Method. The effect of the axial tension and compression load on the frequencies and loss factors is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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