Ahn, Bum-Mo;Kim, Yeong-Jin;Shin, Jennifer H.;Kim, Jung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1202-1208
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2009
An inverse finite element (FE) model parameter estimation algorithm can be used to characterize mechanical properties of biological tissues. Using this algorithm, we can consider the influence of material nonlinearity, contact mechanics, complex boundary conditions, and geometrical constraints in the modeling. In this study, biomechanical experiments on macro and micro samples are conducted and characterized with the developed algorithm. Macro scale experiments were performed to measure the force response of porcine livers against mechanical loadings using one-dimensional indentation device. The force response of the human liver cancer cells was also measured by the atomic force microscope (AFM). The mechanical behavior of porcine livers (macro) and human liver cancer cells (micro) were characterized with the algorithm via hyperelastic and linear viscoelastic models. The developed models are suitable for computing accurate reaction force on tools and deformation of biomechanical tissues.
This paper investigates the flexural capacity of simply supported steel-concrete composite I beam and box beam under positive bending moment through combined experimental and finite element (FE) modeling. 24 composite beams are included into the experiments and parameters including shear connection degree, transverse reinforcement ratio, section form of girder, diameter of stud and loading way are also considered and investigated. ABAQUS is employed to establish FE models to simulate the behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length and loading way, on flexural capacity are discussed. In addition, three methods including GB standard, Eurocode 4, and Nie method are also used to estimate the flexural capacity of composite beams and also for comparison with experimental and numerical results. The results indicate that Nie method may provide a better estimation in comparison to other two standards.
A centrifuge model study is carried out to investigate the behavior of pile subject to negative skin friction induced by pile installation, ground water drawdown and surcharge loading. A single end-bearing pile is examined as the induced negative skin friction would induce the most severe stress on the pile structural material as compared to friction piles. In addition, the behavior of the pile under simultaneous negative skin friction and dead/live loads is examined. To facilitate detailed interpretations of the test results, the model setup is extensively instrumented and involves elaborate test control schemes. To further examine the phenomenon of negative skin friction on an end-bearing pile, finite element analyses were conducted. The numerical analysis is first validated against the centrifuge test data and subsequently extended to examine the effects of pile slenderness ratio, surcharge intensity and pile-soil stiffness ratio on the degree of mobilization of negative skin friction induced on the pile. Finally experimental and numerical studies are conducted to examine the effect of applied transient live load on pile subject to negative skin friction.
The bearing mechanism of pile during installation and loading process which controls the deformation and distribution of strain and stress in the soil surrounding pile tip is complex and full of much uncertainty. It is pointed out that particle crushing occurs in significant stress concentrated region such as the area surrounding pile tip. The solution to this problem requires the understanding and modeling of the mechanical behavior of granular soil under high pressures. This study aims to investigate the sand behavior around pile tip considering the characteristics of sand crushing. The numerical analysis of model pile loading test under different surcharge pressure with constitutive model for sand crushing is presented. This constitutive model is capable of predicting the dilatancy of soil from negative to positive under low confining pressure and only negative dilatancy under high confining pressure. The predicted relationships between the normalized bearing stress and normalized displacement are agreeable with the experimental results during the entire loading process. It is estimated from numerical results that the vertical stress beneath pile tip is up to 20 MPa which is large enough to cause sand to be crushed. The predicted distribution area of volumetric strain represents that the distributed area shaped wedge for volumetric contraction is beneath pile tip and distributed area for volumetric expansion is near the pile shaft. It is demonstrated that the finite element formulation incorporating a constitutive model for sand with crushing is capable of producing reasonable results for the pile loading problem.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.6
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pp.495-502
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2004
This paper presents the vibration analysis and the performance evaluation of cantilevers with probing tips for non-contact scanning probe microscopy. One of the current issues of the scanning probe microscopy technology is to increase the measurement speed, which is closely tied with the dynamic characteristics of cantilevers. The primary concern in this research is to investigate the relation between the maximum possible speed of non-contact scanning probe microscopy and the dynamic characteristics of cantilevers. First, the finite element analysis is made for the vibration characteristics of various cantilevers in use. The computed natural frequencies of the cantilevers are in good agreement with measured ones. Then, each cantilever is tested with topographic measurement for a standard sample with the scanning speed changed. The performances of cantilevers are analyzed along with the natural frequencies of cantilevers. Experiments are also performed to test the effects of how to attach cantilevers in the piezo-electric actuator. Finally, measurement sensitivity has been analyzed to enhance the performance of scanning probe microscopy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.919-924
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2004
A CFA(Cooling Fan Assembly) is composed of a fan, motor and shroud, which is at the back of the automotive radiator. By forcing the wind to pass, the CFA controls the cooling performance of the radiator. The noise and vibration of the CFA may be primarily due to the resonance between the CFA and engine. The Interference among the fan, shroud and radiator by deformation is considered when the CFA is designed. In this paper, in order to analyze the structural vibration of the CFA for automobiles, a finite element model of the CFA is established by using a commercial FEM code. After the finite element modeling, the natural frequencies and the mode shapes are obtained from the FE analysis. The natural frequencies are obtained from the vibration test as well. Then, the results of the vibration test are compared with those of the FE analysis. The natural frequencies obtained by experiment have a great similarity to the results from FE model. We have confirmed the validity of the FE model and verify the structural safety for the resonance. The stress and displacements are obtained from FE analysis. We have confirmed the safety for the interference and failure.
In the present study, a procedure to predict the depth from the ground surface to the center of bulging failure zone in each of the square granular group piles under a rigid mat foundation is proposed. This analytical procedure is established on the basis of the conical modeling of bulging failure shape and the replacement ratio of soft foundation soils. considering the effect of a share of procedure to estimate the ultimate cylindrical pressure in the area reinforced with granular piles and the ultimate bearing capacity of each of granular piles in group. This analytical procedure is also established on the basis of the pre-determined depth to the zone of bulging failure and an iterative solution technique. Finally the analytical procedures proposed in this study are verified by analyzing the results of 3D finite element analyses, and the predictions of ultimate bearing capacity of granular piles are compared with the results obtained from the tests, empirical equation and 3D finite element analyses.
We present a semi-rigid connection estimation method by using cross modal strain energy method. While rigid or pinned assumptions are adopted for steel frames in traditional modeling via finite element method, the actual behavior of the connections is usually neither. Semi-rigid joints enable connections to be modeled as partially restrained, which improves the quality of the model. To identify the connection stiffness and update the FE model, a newly-developed cross modal strain energy (CMSE) method is extended to incorporate the connection stiffness estimation. Meanwhile, the relations between the correction coefficients for the CMSE method are derived, which enables less modal information to be used in the estimation procedure. To illustrate the capability of the proposed parameter estimation algorithm, a four-story frame structure is demonstrated in the numerical studies. Several cases, including Semi-rigid joint(s) on single connection and on multi-connections, without and with measurement noise, are investigated. Numerical results indicate that an excellent updating is achievable and the connection stiffness can be estimated by CMSE method.
Wu, Xiangguo;Yu, Shiyuan;Tao, Xiaokun;Chen, Baochun;Liu, Hui;Yang, Ming;Kang, Thomas H.K.
Advances in concrete construction
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v.9
no.5
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pp.459-467
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2020
Mechanical and thermal properties of composite sandwich wall panels are affected by changes in their external environment. Humidity and temperature changes induce stress on wall panels and their core connectors. Under the action of ambient temperature, temperature on the outer layer of the wall panel changes greatly, while that on the inner layer only changes slightly. As a result, stress concentration exists at the intersection of the connector and the wall blade. In this paper, temperature field and stress field distribution of UHPC-RW-RC (Ultra-High Performance Concrete - Rock Wool - Reinforced Concrete) wall panel under high temperature-sprinkling and heating-freezing conditions were investigated by using the general finite element software ABAQUS. Additionally, design of the connection between the wall panel and the main structure is proposed. Findings may serve as a scientific reference for design of high performance composite sandwich wall panels.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.8
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pp.767-772
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2009
Laser shock peening(LSP) is proving to be better surface treatment than conventional one such as shot peening. The LSP process has a compressive residual stress into a metal alloy and a significant improvement in fatigue life. Our research is focused on applying finite element method to the prediction of residual stress through the LSP processing in some LSP conditions such as pressure and spot size induced by laser. Two analysis methods are considered to calculating the compressive residual stress. But the explicit solution and the static one after partially explicit solving are almost same. In LSP, because of very high strain rate($10^6s^{-1}$), HEL(Hugoniot Elastic Limit) is the most important parameter in material behavior modeling. As the circular laser spot is considered, 2-D axisymmetric elements are used and the infinite elements are applied to boundaries for no reflection. The relations of material properties and the LSP are also important parts in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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