In this study, two beam-column elements based on the Elasto-Fiber element theory for reinforced concrete (RC) element have been developed and compared with each other. The first element is based on Elasto Fiber Approach (EFA) was initially developed for steel structures and this theory was applied for RC element in there and the second element is called as Fiber & Bernoulli-Euler element approach (FBEA). In this element, Cubic Hermitian polynomials are used for obtaining stiffness matrix. The beams or columns element in both approaches are divided into a sub-element called the segment for obtaining element stiffness matrix. The internal freedoms of this segment are dynamically condensed to the external freedoms at the ends of the element by using a dynamic substructure technique. Thus, nonlinear dynamic analysis of high RC building can be obtained within short times. In addition to, external loads of the segment are assumed to be distributed along to element. Therefore, damages can be taken account of along to element and redistributions of the loading for solutions. Bossak-${\alpha}$ integration with predicted-corrected method is used for the nonlinear seismic analysis of RC frames. For numerical application, seismic damage analyses for a 4-story frame and an 8-story RC frame with soft-story are obtained to comparisons of RC element according to both approaches. Damages evaluation and propagation in the frame elements are studied and response quantities from obtained both approaches are investigated in the detail.
Er, Ozgur;Kilic, Kerem;Esim, Emir;Aslan, Tugrul;Kilinc, Halil Ibrahim;Yildirim, Sahin
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.5
no.4
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pp.434-439
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2013
PURPOSE. The aim of the present study was to evaluate the effects of posts with different morphologies on stress distribution in an endodontically treated mandibular premolar by using finite element models (FEMs). MATERIALS AND METHODS. A mandibular premolar was modeled using the ANSYS software program. Two models were created to represent circular and oval fiber posts in this tooth model. An oblique force of 300 N was applied at an angle of $45^{\circ}$ to the occlusal plane and oriented toward the buccal side. von Mises stress was measured in three regions each for oval and circular fiber posts. RESULTS. FEM analysis showed that the von Mises stress of the circular fiber post (426.81 MPa) was greater than that of the oval fiber post (346.34 MPa). The maximum distribution of von Mises stress was in the luting agent in both groups. Additionally, von Mises stresses accumulated in the coronal third of root dentin, close to the post space in both groups. CONCLUSION. Oval fiber posts are preferable to circular fiber posts in oval-shaped canals given the stress distribution at the postdentin interface.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.3
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pp.101-107
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2008
A composite mechanics for discontinuous fiber reinforced polymer matrix composites(PMC) is analysed in order to predict fiber axial stresses. In continuum approach. frictional slip which usually takes place between fibers and polymers is accounted to derive PMC equations. The interfacial friction stress is treated by the product of the coefficient of friction and the compressive stress norma1 to the fiber/matrix interface. The residual stress and the Poisson's contraction implemented by the rule of mixture(ROM) are considered for the compressive stress normal to the fiber/matrix interface. In addition. the effects of fiber aspect ratio and fiber volume fraction on fiber axial stresses are evaluated using the derived equations. Results are illustrated numerically using the present equations with reasonable materials data. It is found that the fiber axial stress in the center region shows no great discrepancy for different fiber aspect ratios and fiber volume fractions while some discrepancies are shown in the fiber end region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.8
s.227
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pp.1099-1108
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2004
In this paper, a study on the development of expert system for Al matrix composite with shape memory alloy fiber is performed to evaluate termomechanical behavior and mechanical properties. Expert system is very useful computer-based analysis system designed to make analysis technique and knowledge conveniently available to a lot of fabricable condition. In the developed system, it is possible to predict termomechanical behavior and mechanical properties for other composite with shape memory alloy fiber. The smartness of the shape memory alloy is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when heated after being prestrained. For finite element analysis, an analytical model is assumed two dimensional axisymmetric model compared of one fiber and the matrix. To evaluate the strength of composite using FEM, the concept of smart composite was simulated on computer Thus, in this paper, the FEA was carried out at two critical temperature conditions; room temperature and high temperature(363k). The finite element analysis result was compared with the test result for the analysis validity.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1997.10a
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pp.132-139
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1997
The strengthening mechanism of short fiber or whisker reinforced metal matrix composites has been studied by a continuum mechanics treatment utilizing finite element analysis (FEM). To assess the tensile and compressive constitutive responses, a constraint-unconstraint comparative study based on stree-strain hysteresis loop has been performed. For analysis procedures, the aligned axisymmetric single fiber model and the stress grouping technique have been implemented to evaluate the domain-based field quantities. Results indicated that the development of significant triaxial stresses within the matrix both for the tensile and compressive loading, due to the constraint imposed by reinforcements, provides and important contribution to strengthening. It was also found that fiber stresses are not only sensitive to the fiber/fiber interaction effects but also substantially contribute to the composite strengthening both for the tensile and compressive loading.
Recently, fiber optic hydrophone is a subject which has attracted as a underwater acoustic sensor. In this study, Finite element modeling of fiber optic hydrophone for hollow cylindrical mandrel was performed and the acoustic sensitivity was calculated to estimate the performance of single element fiber optic hydrophone. And acoustic sensitivity was measured in acoustic water tank to verify the result of simulation. The result of FE analysis and experiment is -126 dB re rad/$\mu$ Pa and -128 dB re rad/$\mu$ Pa respectively.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.6
no.3
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pp.89-95
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1997
A simulation to investigate the thermal behavior in short fiber or whisker reinforced composite materials has been performed for the application to the thermoelastic stress analysis using Finite Element Method (FEM). To obtain the internal field quantities of composite material, the procedure of micromechanical modeling and the principle of virtual work were implemented. For the numerical illustration, an aligned axisymmetric single fiber model has been employed to assess field quantities. It was found that the proposed simulation methodology for thermoelastic stress analysis is applicable to the complicated inhomogeneous solid for the investigation of micromechanical thermoelastic behavior.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.9
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pp.2782-2791
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1996
The effective longitudinal shear modulus(LSM) of continuous composites is studied theoretically and numerically using 3-phase unit cell model. Circular, hexagonal and rectangular shapes of reinforced fiber are considered to predict the shear modulus as a function of elastic modulus of each phase and volume fraction of interphase and reinforced fiber. It is found that rectangular fiber shape in low fiber volume fraction($v_f$<30%) and circular fiber shape in high volume fraction($v_f$>40%) shows the higher longitudinal shear modulus. Also the obtained values of LSM for rectangular array and by numerical analysis are higher than those of hexagonal array and by theoretical analysis respectively. The reinforcing effects of interphase are more significant in cases of higher fiber volume fraction and circular fiber shape. Not only the spatial distribution and shape of reinforcing fiber but also the volume of interphase have a pronounced effects on the overall LSM. It is also found that the tangent moduous of 2-and 3-phase polymer matrix composites is insensitive to the shape and distribution of reinforcing fibers.
The alumina fiber was obtained by extruding the TEA complexed polymeric sol, synthesized by the alkoxide sol-gel method, through nozzle. The purpose of this study was to investigate the properties of fiber spun by TEA complexed sol. The analysis of sol indicated that TEA was bonded at alkoxide precursor and the optimum molar ratio for spinning was 0.5 mole of TEA, 3 mole of H2O. The cross section of the fiber from circular nozzle was not circular but oval, which indicated that the shape of nozzle did not affect the shape of fiber. The diameter of the fiber was about 100 ${\mu}{\textrm}{m}$ in the state of dried gel fiber, 60${\mu}{\textrm}{m}$ in calcined fiber, and the tensile strength of the fiber calcined at 90$0^{\circ}C$ was 2.1$\times$108 Pa.
The strong continuous fiber reinforced metal matrix composites (MMCs) are recently used in aerospace and transportation applications as an advanced material due to its high strength and light weight. Unidirectional fiber-metal matrix composites have superior mechanical properties along the longitudinal direction. However, the applicability of continuous fiber reinforced MMCs is somewhat limited due to their relatively poor transverse properties. Therefore, the transverse properties of MMCs are significantly influenced by the properties of the fiber/matrix interface. In order to be able to utilize these MMCs effectively and with safety, it must be determined their elastic plastic behaviors at the interface. In this study, the interfacial stress states of transversely loaded unidirectional fiber reinforced metal matrix composites investigated by using elastic-plastic finite element analysis. Different fiber volume fractions $(5-60\%)$ were studied numerically. The interlace was treated as three thin layer (with different properties) with a finite thickness between the fiber and the matrix. The fiber is modeled as transversely isotropic linear-elastic, and the matrix as isotropic elastic-plastic material. Using proposed model, the effects of the interface region and fiber arrangement in MMCs on the distributions of stress and strain are evaluated. The stress distributions of a thin multi layer interface have much less changes compared with conventional perfect interface. The analyses were based on a two-dimensional generalized plane strain model of a cross-section of an unidirectional composite by the ANSYS finite element analysis code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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