THe purpose of this paper is to suggest the analytical method which can predict lateral nonlinear behavior in non-homogeneous soil using the coefficient of soil resistance and ultimate soil resistance. Those parameters are obtained through back analysis on the base of the results of a series of model tests.Analytical method of Chang is more or less difficult to predict nonlinear behavior in non-homogeneous sol. So, in this study, for the prediction of nonlinear behavior the compositive analytical method which apply the p - y curve to Chang model is suggested. Also, the program is developed to predict nonlinear behavior using the compositive analytical method and it can be used to calculated the deflection, bending moment and soil reaction with DFM in non-homogeneous soil. To establish applicability of the suggested analytical method, the results of model tests and field tests and Pentagon2D finite element program are compared with those of the compositive analytical method. In the analysis values of the coefficient of soil reaction and ultimate soil resistance are also applied to the case of non-homogeneous soil. Lateral defection calculated using the compositive analytical method has been found to be in good agreement with values measured in field and model load tests.
This paper presents a study on the strength safety of the weak parts at Part 1, Part 2 and Part 3 in the valve structure for LPG cylinder by using the finite element method. The maximum Von Mises stress of 27.5MPa was occurred at the corner edge of a valve Part 1 for the valve thickness of 1.5mm and LPG pressure of 3.5MPa. And the maximum Von Mises stresses for the valve thickness of 1.5mm and LPG pressure of 3.5MPa were 41.5MPa at Part 2 and 46.5MPa at Part 3. The FEM computed results show that the maximum Von Mises stresses at Part 1, Part 2 and Part 3 are very low value of 9.2~15.5% compared with the yield strength of a copper alloy, C3604. This means that the valve thickness for LPG cylinder is so over designed for the conventional valve. Thus, this paper recommends that the thickness at Part 1 and Part 2 is reduced for a light weight of a copper valve. But, the thickness at Part 3 may be better for a thick valve as a conventional valve for high torque strength.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.835-841
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2013
Modern solid-state gyroscopes (HRG) with hemispherical resonators from high-purity quartz glass and special surface superfinishing and ultrathin gold coating become the best instruments for precise-grade inertial reference units (IRU) targeting long-term space missions. Designing of these sensors could be a notable contribution into development of Korea as a space nation. In participial, 40mm diameter thin-shell resonator from high-purity fused quartz, fabricated as a single-piece with its supporting stem has been designed, machined, etched, tuned, tested, and delivered by STM Co. (ATS of Ukraine) several years ago; an extremely-high Q-factor (upto 10~20 millions) has been shown. Understanding of the best way how to match such a unique sensor with inner glass assembly of the gyro means how to use the high potential in a maximal extent; and this has become the urgent task. Inner quartz glass assembly has a very thin indium (In) layer soldered the resonator and its silica base (case), but effects of internal resonances between operational modal pair of the shell-cup and its side (parasitic) modes can notable degrade the potential of the sensor as a whole, instead of so low level of resonator's intrinsic losses. Unfortunately, there are special combinations of dimensions of the parts (so-called, "resonant sizes"), when intensive losses of energy occurs. The authors proposed to use the length of stem's fixture as an additional design parameter to avoid such cases. So-called, a cyclic scheme of finite element method (FEM) and ANSYS software were employed to estimate different combinations of gyro assembly parameters. This variant has no mismatches of numerical origin due to FEM's discrete mesh. The optimum length and dangerous "resonant lengths" have been found. The special attention has been paid to analyses of 3D effects in a cup-stem transient zone, including determination of a difference between the positions of geometrical Pole of the resonant hemisphere and of its "dynamical Pole", i.e., its real zone of oscillation node. Boundary effects between the shell (cup) and 3D short "beams" (inner and outer stems) have been ranged. The results of the numerical experiments have been compared with the classic model of a quasi-hemispherical shell band with inextensional midsurface, and the solution using Rayleigh's functions of the $1^{st}$ and $2^{nd}$ kinds. To guarantee the truth of the recommended sizes to a designer of the real device, the analytical and FEM results have been compared with experimental data for a party of real resonators. The consistency of the results obtained by different means has been shown with errors less than 5%. The results notably differ from the data published earlier by different researchers.
Moradipour, Parviz;Chan, Tommy H.T.;Gallag, Chaminda
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.1
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pp.105-119
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2015
Structural damage detection using modal strain energy (MSE) is one of the most efficient and reliable structural health monitoring techniques. However, some of the existing MSE methods have been validated for special types of structures such as beams or steel truss bridges which demands improving the available methods. The purpose of this study is to improve an efficient modal strain energy method to detect and quantify the damage in complex structures at early stage of formation. In this paper, a modal strain energy method was mathematically developed and then numerically applied to a fixed-end beam and a three-story frame including single and multiple damage scenarios in absence and presence of up to five per cent noise. For each damage scenario, all mode shapes and natural frequencies of intact structures and the first five mode shapes of assumed damaged structures were obtained using STRAND7. The derived mode shapes of each intact and damaged structure at any damage scenario were then separately used in the improved formulation using MATLAB to detect the location and quantify the severity of damage as compared to those obtained from previous method. It was found that the improved method is more accurate, efficient and convergent than its predecessors. The outcomes of this study can be safely and inexpensively used for structural health monitoring to minimize the loss of lives and property by identifying the unforeseen structural damages.
Machine or structural members subjected to fatigue loading will have a crack initiated during early part of their life. Therefore analysis of members with cracks and other discontinuities is very important. Finite element method has enjoyed widespread use in engineering, but it is not convenient for crack problems as the region very close to crack tip is to be discretized with very fine mesh. However, as the body force method (BFM), requires only the boundary of the discontinuity (crack or hole) to be discretized it is easy versatile technique to analyze such problems. In the present work fundamental solution for concentrated load x + iy acting in the semi-infinite plate at an arbitrary point $z_0=x_0+iy_0$ is considered. These fundamental solutions are in complex form ${\phi}(z)$ and ${\psi}(z)$ (England 1971). These potentials are known as Melan potentials (Ramakrishna 1994). A crack in the semi-infinite plate as shown in Fig. 1 is considered. This crack is divided into number of divisions. By applying pair of body forces on a division, the resultant forces on the remaining 'N'divisions are to be found for which ${\phi}_1(z)$ and ${\psi}_1(z)$ are derived. Body force method is applied to calculate stress intensity factor for crack in semi-infinite plate. Also for the case of crack emanating from circular hole in semi-infinite plate radial stress, hoop stress and shear stress are calculated around the hole and crack. Convergent results are obtained by body force method. These results are compared with FEM results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.409-413
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2013
In this paper, we device stress-diffusion full coupling multiscale analysis method for battery electrode simulation. In proposed method, the diffusive and mechanical properties of electrode material depend on Li concentration are estimated using density function theory(DFT) simulation. Then, stress-diffusion full coupling continuum formulation based on finite element method(FEM) is constructed with the diffusive and mechanical properties calculated from DFT simulation. Finally, silicon nanowire anode charge and discharge simulations are performed using the proposed method. Through numerical examples, the stress-diffusion full coupling method shows more resonable results than previous one way continuum analysis.
Ship structures are basically an assembly of plate elements and estimation load-carrying capacity or the ultimate strength is one of the most important criterion for estimated safety assessment and rational design on the ship structure. Also, Structural elements making up ship plated structures do not work separately against external load. One of the critical collapse events of a ship structure is the occurrence of overall buckling and plastic collapse of deck or bottom structure subjected to longitudinal bending. So, the deck and the bottom plates are reinforced by a number af longitudinal stiffeners to increase their strength and load-carrying capacity. For a rational design avoiding such a sudden collapse, it is very important to know the buckling and plastic behaviour or collapse pattern of the stiffened plate under axial compression. In this present study, to investigate effect af modeling range, the finite element method are used and their results are compared varying the analysis ranges. When making the FEA model, six types of structural modeling are adopted varying the cross section of stiffener. In the present paper, a series of FEM elastoplastic large deflection analyses is performed on a stiffened plate with fiat-bar, angle-bar and tee-bar stiffeners. When the applied axial loading, the influences of cross-sectional geometries on collapse behaviour are discussed. The purpose of the present study is examined to numerically calculate the characteristics of buckling and ultimate strength behavior according to the analysis method of ship's stiffened plate subject to axial loading.
The purpose of this study was to compare and evaluate the stress distribution and displacement developed in the abutment teeth and residual ridge area by madibular unilateral distal extension removable partial denture with 2 different retainer designs. The retainers on right and left canine and right 2nd molar were Alters clasp in one model and telescopic crown in the other model. The stress distribution of abutment teeth and residual ridge area on two model were compared and analyzed with 3-dimensional finite element method. 150N and 400N forces were applied vertically, 30 degree and horizontally on the central fossa area of left 1st molar of the removable partial denture, and then stress distribution patterns were analyzed and compared. The results were as follows 1. As the magnitude and angulation of applied force were increased, the magnitude of stress on the right and central residual ridge area and the right canine of the telescopic type increased and comparing to those of the Alters clasp type. 2. As the magnitude and angulation of applied force were increased, the mesial direction of displacement on the right residual ridge area and the right tooth of the telescopic type increased and the distal direction of displacement on left residual ridge area and the left canine increased comparing to those of Akers clasp type. 3. As the vertical force was applied, the distal direction of the displacement of the right tooth were greater and that of the left canine was smaller and the upward displacement of the right canine was greater in telescopic partial denture than those of Akers clasp type. 4. As the 30 degree force was applied, the mesial direction of the displacement of the right tooth were greater and the distal direction of the displacement of the left canine was smaller and the upward displacement of the right canine was greater in telescopic partial denture than those of Akers clasp type. In the horizontal force the results were same in right area tooth but the distal direction of displacement was greater in left canine. 5. In both removable partial dentures, as the magnitude and degree of force were increased, the stress and displacement were increased. The compressive force was dominative than the ten sile force. 6. In both removable partial dentures, the magnitude of stress was greater on mucosal tissue area than that of the alveolar bone area on distal extension residual ridge area but the result was reversed on anterior residual ridge area. The displacement was always greater on mucosal tissue area than that of alveolar bone area.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.11
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pp.99-107
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2009
Since a long work piece influences the natural frequency of the entire system with a miniature high speed spindle, a bar-feeder is used for a long work piece to improve the vibration characteristics of a spindle system. Therefore, it is very important to design optimally support positions between a bar-feeder and a long work piece for a miniature high speed spindle system. The goal of the current paper is to present an optimization method for the design of support positions between a bar-feeder and a long work piece. This optimization method is effectively composed of the method of design of experiment (DOE), the artificial neural network (ANN) and the genetic algorithm (GA). First, finite element models which include a high speed spindle, a long work piece and the support conditions of a bar-feeder were generated from the orthogonal array of the DOE method, and then the results of natural vibration analysis using FEM were provided for the learning inputs of the neural network. Finally, the design of bar-feeder support positions was optimized by the genetic algorithm method using the neural network approximations.
Purpose: In this study, the safety management method supplementing the field displacement prediction management technique was performed using the numerical analysis. Method: The analysis was performed using MIDAS GTS / NX program based on the finite element method (FEM). Approximating the displacement data and displacement trend as close as possible to the collapse site, the collapse prevention method was applied after estimating the cause of collapse. Result: The cause of the collapse was estimated by soil parametar, one of the results obtained by performing the Back-analysis. As a result, it was confirmed that the free length of the anchor was insufficient, and the free length of the anchor was changed by the collapse prevention method, and the displacement was significantly reduced. Conclusion: If Back-analysis technique is used in field management, estimating the cause of collapse and suggesting a reasonable collapse prevention measure will help to reduce collase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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