Owing to needs of biomechanical comprehension and analysis to obtain various medical treatment designs which are related with the spine in order to cure and diagnose LBP patients, the FE modeling and nonlinear analysis of lumbosacrum including a partial ilium and iliolumbar ligaments, were carried out. First, we investigated whether the geometrical configuration of vertebrae displayed by DICOM slice files is regular and normal condition. After constructing spinal vertebrae including a partial ilium, a sacrum and five lumbars (from L1 to L5)with anatomical shape reconstructed using softwares such as image modeler and CAD modeler, we added iliolumbar ligaments, lumbar ligaments, discs and facet joints, etc.. And also, we assigned material property and discretized the model using proper finite element types, thus it was completely modeled through the above procedure. For the verification of each segment, average sagittal ROM, average coronal ROM and average transversal ROM under various loading conditions(${\pm}10Nm$), average vertical displacement under compression(400N), ALL(Anterior Longitudinal Ligament) and PLL(Posterior Longitudinal Ligament) force at L12 level, strains of seven ligaments on sagittal plane at L45 level and maximal strain of disc fibers according to various loading conditions at L45 level, etc., they were compared with experimental results. For the verification of multilevel-lumbosacrum spine including partial ilium and iliolumbar ligaments, the cases with and without iliolumbar ligaments were compared with ROM of experiment. The results were obtained from analysis of the verified FE model as follows: I) Iliolumbar ligaments played a stabilizing role as mainly posterior iliolumbar ligaments under flexion and as both posterior and anterior iliolumbar ligaments of one side under lateral bending. 2) The iliolumbar ligaments decreased total ROM of 1-8% in total model according to various motion conditions, which changed facet contact forces of L5S level by approximately 0.8-1.4 times and disc forces of L5S level by approximately 0.8-1.5 times more than casewithout ilioligaments, under various loading conditions. 3) The force of lower discs such as L45 and L5S was bigger than upper discs under flexion, left and right bending and left and right twisting, except extension. 4) It was predicted that strains of posterior ligaments among iliolumbar ligaments would produce the maximum 16% under flexion and the maximum 10% under twisting. 5) It's expected that this present model applies to the development and design of artificial disc, since it was comparatively in agreement with the experimental datum.
The nickel-based alloy Nimonic 80A possesses the excellent strength, and the resistance against corrosion, creep and oxidation at high temperature. Its products are used in aerospace engineering, marine engineering and power generation, etc. Control of forging parameters such as strain, strain rate, temperature and holding time is important because change of the microstructure in hot working affects the mechanical properties. Change of the microstructure evolves by recovery, recrystallization and grain growth phenomena. The dynamic recrystallization evolution has been studied in the temperature range of $950\~1250^{\circ}C$ and strain rate range of $0.05\~5s^{-1}$ using hot compression tests. The metadynamic recrystallization and grain growth evolution has been studied in the temperature range of $950\~1250^{\circ}C$ and strain rate range $0.05,\;5s^{-1}$, holding time range of 5, 10, 100, 600 sec using hot compression tests. Modeling equations are proposed to represent the flow curve, recrystallized grain size, recrystallized fraction and grain growth phenomena by various tests. Parameters in modeling equations are expressed as a function of the Zener-Hollomon parameter. The modeling equation for grain growth is expressed as a function of the initial grain size and holding time. The modeling equations developed were combined with thermo-viscoplastic finite element modeling to predict the microstructure change evolution during hot forging process. The grain size predicted from FE simulation results is compared with results obtained in field product.
Kim, Eun Ra;Iizuka, Atsushi;Kim, You-Seong;Park, Hong
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.20
no.5
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pp.5-16
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2004
This paper presents the modeling of geosynthetic-reinforced compacted soils and discusses the reinforcement effect arising from confining the dilatancy deformation of the soil by geosynthetics. A series of compressive shear tests for compacted sandy soil specimens wrapped by geosynthetics are carried out by quantitatively examining the geosynthetic-reinforcement effect, occurring from a confinement of the dilative deformation in compacted soils during shearing. In the test, the initial degree of compaction is changed for each series of sandy soil specimens so that each series has different degree of dilatancy characteristics. Herein, the axial forces working on the geosynthetics so as to prevent dilative deformation of compacted soils during shearing are measured. Furthermore, the elasto-plastic modeling of compacted soils and a rational determination procedure for input parameters needed in the elasto-plastic modeling are presented. And to describe the irreversible deformation characteristics of compacted soils during shearing, the subloading yielding surface (Hashiguchi (1989)) to the elasto-plastic modeling is introduced. Finally, the elasto-plastic finite element simulation is carried out and the geosynthetic-reinforcement effect is discussed.
Despite its flexibility to complex geometry, three-dimensional (3D) electromagnetic(EM) modeling schemes using finite element method (FEM) have been faced to practical limitation due to the resulting large system of equations to be solved. An efficient 3D FEM modeling scheme has been developed, which can adopt either direct or iterative solver depending on the problems. The direct solver PARDISO can reduce the computing time remarkably by incorporating parallel computing on multi-core processor systems, which is appropriate for single frequency multi-source configurations. When limited memory, the iterative solver BiCGSTAB(1) can provide fast and stable convergence. Efficient 3D simulations can be performed by choosing an optimum solver depending on the computing environment and the problems to be solved. This modeling includes various types of controlled-sources and can be exploited as an efficient engine for 3D inversion.
This paper presents the modeling of geosynthetic-reinforced soils and discusses the reinforcement effect arising from confining the dilatancy deformation of the soil by geosynthetics. A series of compressive shear tests for compacted sandy soil specimens wrapped by geosynthetics are carried out by quantitatively examining the geosynthetic-reinforcement effect, and it occurred from the confinement of the dilative deformation of compacted soils during shearing. In the test, the initial degree of compaction is changed for each series of sandy soil specimens so that each series has different degree of dilatancy characteristics. Herein, the axial forces working to the geosynthetics so as to prevent dilative deformation of compacted soils during shearing are measured. Furthermore, the elasto-plastic modeling of compacted soils and a rational determination procedure of input parameters needed in the elasto-plastic modeling are presented. In this paper, the subloading yielding surface(Hashiguchi(1989)) is introduced to the elasto-plastic modeling which could describe the irreversible deformation characteristics of compacted soils during shearing. Finally, the elasto-plastic finite element simulation is carried out and the geosynthetic-reinforcement effect is discussed.
This paper presents a dual modeling method that simulates the graphic and haptic behavior of a volumetric deformable object and conveys the behavior to a human operator. Although conventional modeling methods (a mass-spring model and a finite element method) are suitable for the real-time computation of an object's deformation, it is not easy to compute the haptic behavior of a volumetric deformable object with the conventional modeling method in real-time (within a 1kHz) due to a computational burden. Previously, we proposed a fast volume haptic rendering method based on the S-chain model that can compute the deformation of a volumetric non-rigid object and its haptic feedback in real-time. When the S-chain model represents the object, the haptic feeling is realistic, whereas the graphical results of the deformed shape look linear. In order to improve the graphic and haptic behavior at the same time, we propose a dual modeling framework in which a volumetric haptic model and a surface graphical model coexist. In order to inspect the graphic and haptic behavior of objects represented by the proposed dual model, experiments are conducted with volumetric objects consisting of about 20,000 nodes at a haptic update rate of 1000Hz and a graphic update rate of 30Hz. We also conduct human factor studies to show that the haptic and graphic behavior from our model is realistic. Our experiments verify that our model provides a realistic haptic and graphic feeling to users in real-time.
In this study, a study and interpretation of the spinning process in copolymerized aramid spinning was conducted. In order to proceed with the spinning process modeling and analysis, the spinning process was modeled through the physical property modeling of the spinning solution and the structural modeling of the spinneret, and structural stability and flow of the spinneret for this spinning were analyzed. After modeling the spinning solution and the spinneret in a virtual space, the pack pressure and flow rate when the spinning solution was discharged were simulated. Macroscopically, the structural stability of the spinneret was confirmed at the standard pack pressure (100 kg·f/cm2), and microscopically, the flow rate and pressure drop data of the spinning solution according to the L/D(Length (L)/Diameter (D)) value were analyzed. Based on the research and development of virtual engineering modeling and analysis, we present the possibility of changing the shape and mechanical properties of copolymer aramid fibers according to the spinning process.
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.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.26
no.1
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pp.8-13
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2016
A top-seeded solution growth (TSSG) is a method of growing SiC single crystal from the Si melt dissolved the carbon. In this study, multiphysics modeling was conducted using COMSOL Multiphysics, a commercialized finite element analysis package, to get analytic results about electromagnetic analysis, heat transfer and fluid flow in the Si melt. Experimental results showed good agreements with simulation data, which supports the validity of the simulation model. Based on the understanding about solution growth of SiC and our set-up, crystal growth was conducted on off-axis 4H-SiC seed crystal in the temperature range of $1600{\sim}1800^{\circ}C$. The grown layer showed good crystal quality confirmed with optical microscopy and high resolution X-ray diffraction, which also demonstrates the effectiveness of the multiphysics model to find a process condition of solution growth of SiC single crystal.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.275-282
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2014
Particle-reinforced metal matrix composites exhibit a strengthening effect due to the particle size-dependent length scale that arises from the strain gradient, and thus from the geometrically necessary dislocations between the particles and matrix that result from their CTE(Coefficient of Thermal Expansion) and elastic-plastic mismatches. In this study, the influence of the size-dependent length scale on the particle-matrix interface failure and ductile failure in the matrix was examined using finite-element punch zone modeling whereby an augmented strength was assigned around the particle. The failure behavior was observed by a parametric study, while varying the interface failure properties such as the interface strength and debonding energy with different particle sizes and volume fractions. It is shown that the two failure modes (interface failure and ductile failure in the matrix) interact with each other and are closely related to the particle size-dependent length scale; in other words, the composite with the smaller particles, which is surrounded by a denser dislocation than that with the larger particles, retards the initiation and growth of the interface and matrix failures, and also leads to a smaller amount of decrease in the flow stress during failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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