Karayannis, Chris G.;Voutetaki, Maristella E.;Chalioris, Constantin E.;Providakis, Costas P.;Angeli, Georgia M.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.4
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pp.997-1018
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2015
Structural health monitoring along with damage detection and assessment of its severity level in non-accessible reinforced concrete members using piezoelectric materials becomes essential since engineers often face the problem of detecting hidden damage. In this study, the potential of the detection of flexural damage state in the lower part of the mid-span area of a simply supported reinforced concrete beam using piezoelectric sensors is analytically investigated. Two common severity levels of flexural damage are examined: (i) cracking of concrete that extends from the external lower fiber of concrete up to the steel reinforcement and (ii) yielding of reinforcing bars that occurs for higher levels of bending moment and after the flexural cracking. The purpose of this investigation is to apply finite element modeling using admittance based signature data to analyze its accuracy and to check the potential use of this technique to monitor structural damage in real-time. It has been indicated that damage detection capability greatly depends on the frequency selection rather than on the level of the harmonic excitation loading. This way, the excitation loading sequence can have a level low enough that the technique may be considered as applicable and effective for real structures. Further, it is concluded that the closest applied piezoelectric sensor to the flexural damage demonstrates higher overall sensitivity to structural damage in the entire frequency band for both damage states with respect to the other used sensors. However, the observed sensitivity of the other sensors becomes comparatively high in the peak values of the root mean square deviation index.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.10
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pp.4713-4718
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2013
Nowadays, three-dimensional computer added design(3D CAD) tool are widely and actively used for design of mechanical machine. Because using the tool is more effective to understand design concept and to collaborate with other operation than using two-dimensional design tool. In this study, the 3D CAD tool which is called I-DEAS was applied for three-dimensional modeling of main parts and assembling of modeled parts for identification the entire shape of a injection molding machine. In addition, a study was also performed regarding reduction for the weight of main plates for saving production cost and energy in the machine. A finite element method(FEM) program in I-DEAS tool was used for the improvement study. First, the current main plates were structural analysed and then the plate deformations, weak regions and stress distributions were graped. By the FEM results, the 2nd improved designing of the plates was conducted such as reinforcement or slimming of the plate wall thickness. The 2nd structural FEM was performed for verification of the redesigned plates and then the FEM results were compared with the 1st FEM's result. The weight of the main plates were averagely reduced approximately 3 - 7%. By these results, it was seemed that the improved plates have a useful availability.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.4
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pp.35-43
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2011
This study examined the structural behaviors of foam insulated concrete sandwich panels subjected to uniform pressure. Finite element models were used to simulate the detailed shear resistance of connectors and the nonlinear behaviors of concrete, foam and rebar components. The models were then validated using data from static tests performed at the University of Missouri. Both composite and non-composite action had a significant effect on the response of the foam insulated concrete sandwich panels, indicating that the simulated shear tie resistance should indeed be incorporated in numerical analyses. The modeling approach used here conveniently simulated the structural behaviors during all loading stages (elastic, yielding, ultimate and post-failure) and was compatible with the American Concrete Institute (ACI) Code and existing design practices. The results of this study will therefore provide useful guidelines for the analysis and design of foam insulated sandwich panels under both static and dynamic loadings.
Seo, Young-Hun;Vang, Mong-Sook;Yang, Hong-So;Park, Sang-Won;Park, Ha-Ok;Lim, Hyun-Pil
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.45
no.4
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pp.482-491
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2007
Statement of problem: The screws of dental implant, having various thread types, can be categorized into different classes by their geometrical form, and each type transmits dissimilar amount and form of stress to alveolar bone. Purpose: The purpose of this study was to find an inclination angle of the screw thread that is favorable in distributing the stresses to alveolar bone. Material and methods: In this study, We used three dimensional finite element analysis with modeling having three types of thread inclination angles and fixed pitch-0.8 mm (single thread type with $3.8^{\circ}$ inclination, double thread type with $7.7^{\circ}$ inclination, triple thread type with $11.5^{\circ}$ inclination). Results: The results obtained from this study were as follows; 1. When the number of thread increased, the amount of Von-Mises stress was reduced since the generated stress was effectively distributed. 2. Since the maximum principal stress affects on the alveolar bone can influence deeply on the longevity of the implants when comparing the magnitude of the maximum principal stress double thread had least amount of stress. This shows that the double thread screw gave best result. Conclusion: In conclusion, double, and triple thread screws were found to be more effective on distribution of the stress than the single thread screws. But, increasing in the thread inclination angle such as triple thread screw relate on the magnitude of the maximum principal stress affecting on the alveolar bone can become problematic. Thus, effective combination of thread number and thread inclination angle can help prolonging the longevity of implant.
In this paper, finite element analysis and real time monitoring experimental work using FBG sensor were carried out for analyzing structural integrity of a Type IV hydrogen pressure vessel under impact loading condition. By using finite element analysis with the ply based modeling technique, sensor insertion points and pressure condition were suggested. Tensile test with an angle ply specimen was conducted for getting the reliability of FBG sensor insertion method. After fabricating the vessel, total five times pressurization fatigue tests were conducted (Non-impact pressurization: 1, After impact pressurization: 4). Experimental results revealed that filling cycle time was gradually increased and filling gradient was decreased when the vessel experienced impact.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.768-771
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2003
The impulse between launch vehicle and atmosphere can generate a lot of noise and vibration during the process of launching a satellite. Structurally, electronic equipment (KOMPSAT 2, RDU : Remote Drive Unit) of a satellite consists of aluminum case containing PCB (Printed circuit boards). Each PCB has resistors and IC (Integrated circuits). Noise and vibration of wide frequency band are transferred to the inside of fairing, subsequently creating vibration of the electronic equipment of the satellite. In this situation. random vibration can cause malfunctioning of the electronic equipment of the device. Furthermore, when tile frequency of random vibration meets with natural frequency of PCB. fatigue fracture nay occur in the part of solder joint. The launching environment, thus. needs to be carefully considered when designing the electronic equipment of a satellite. In general. the safety of the electronic equipment is supposed to be related to the natural frequency, shapes of mode and dynamic deflection of PCB in the electronic equipment. Structural vibration analysis of PCB and its electronic components can be performed using either FEM(Finite Element Method) or vibration test. In this study. the natural frequency and dynamic deflection of PCB are measured by FEM, aud the safety of the electronic components of PCB is being evaluated according to the results. This study presents a unique method for finite element modeling and analysis of PCB and its electronic components. The results of FEA are verified by vibration test. The method proposed herein may be applicable to various designs from the electronic equipments of a satellite to home electronics.
High Deborah or Weissenberg number problems in viscoelastic flow modeling have been known formidably difficult even in the inertialess limit. There exists almost no result that shows satisfactory accuracy and proper mesh convergence at the same time. However recently, quite a breakthrough seems to have been made in this field of computational rheology. So called matrix-logarithm (here we name it tensor-logarithm) formulation of the viscoelastic constitutive equations originally written in terms of the conformation tensor has been suggested by Fattal and Kupferman (2004) and its finite element implementation has been first presented by Hulsen (2004). Both the works have reported almost unbounded convergence limit in solving two benchmark problems. This new formulation incorporates proper polynomial interpolations of the logarithm for the variables that exhibit steep exponential dependence near stagnation points, and it also strictly preserves the positive definiteness of the conformation tensor. In this study, we present an alternative procedure for deriving the tensor-logarithmic representation of the differential constitutive equations and provide a numerical example with the Leonov model in 4:1 planar contraction flows. Dramatic improvement of the computational algorithm with stable convergence has been demonstrated and it seems that there exists appropriate mesh convergence even though this conclusion requires further study. It is thought that this new formalism will work only for a few differential constitutive equations proven globally stable. Thus the mathematical stability criteria perhaps play an important role on the choice and development of the suitable constitutive equations. In this respect, the Leonov viscoelastic model is quite feasible and becomes more essential since it has been proven globally stable and it offers the simplest form in the tensor-logarithmic formulation.
In practical engineering, the friction damper is a widely used energy dissipation device because of its large deformation capacity, stable energy dissipation capability, and cost effectiveness. While based on conventional friction dampers, the double-sliding friction damper (DSFD) being proposed is different in that it features two sliding friction forces, i.e., small and large sliding friction forces, rather than a single-sliding friction force of ordinary friction dampers. The DSFD starts to deform when the force sustained exceeds the small-sliding friction force, and stops deforming when the deformation reaches a certain value. If the force sustained exceeds the large sliding friction force, it continues to deform. Such a double-sliding behavior is expected to endow structures equipped with the DSFD better performance in both small and large earthquakes. The configuration and working mechanism of the DSFD is described and analyzed. Quasi-static loading tests and finite element analyses were conducted to investigate its hysteretic behavior. Finally, time history analysis of the single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems were performed to investigate the seismic performance of DSFD-equipped structures. For the purpose of comparison, tests on systems equipped with conventional friction dampers were also performed. The proposed DSFD can be realized perfectly, and the DSFD-equipped structures provide better performances than those equipped with conventional friction dampers in terms of interstory drift and floor acceleration. In particular, for the MDOF system, the DSFD helps the structural system to have a uniform distributed interstory drift.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.48
no.9
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pp.47-53
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2011
The signal transmission properties of the connector such as insertion loss and return loss are investigated using analysis procedure of S-parameter simulation, equivalent model extraction, and characteristic impedance calculation. S-parameter simulation is performed by connector's modeling and solving based on 3-dimensional finite element method. The connector's equivalent model of ${\pi}$ type is are proposed and extracted with an optimization process of circuit analysis simulator. The characteristic impedance of the connector is calculated with results of circuit analysis simulation and S-parameter data. According to the connector's characteristic impedance, it's revised design is carried out. In this work, the connector's effective contact area is increased and its body is applied as a high dielectric material in order to increase its capacitance and then obtain impedance matching. Therefore, return loss of the connector is improved by approximately 10 dB due to its design revision.
Tall Buildings have been one of the most prominent symbols of economic growth for nearly a century. Yet, in the aftermath of the tragedies of September 11, "signature" Tall buildings have become the focus of much debate. The structural systems today are undergoing a major evolution to address the ability of providing flexibility in the design and use of the building together with sustainability (Green) and cost-effective system. This paper describes a new invented structural system, evolutionary structural analysis and design of Tall buildings, which involves the entire analysis process, including conceptual and design stages and comparison with the existing Tall building. This study presents an new innovative structural system, Beehive (Hexagrid), for Tall buildings. The final results are achieved by modeling an 80 story Tall building with the optimized angle and topology of hexagon members by using a computer analysis, ETABS finite element analysis. The objective function of this system is to use one structural system in order to both maximize Eigen frequency for resisting dynamic responses and minimize mean compliance for static responses. Finite element analysis is carried out by using standardized materials. Optimal Hexagrid topologies with the highest stiffness are finally determined to resist both static and dynamic behaviors. Holistic design integration approaches between structures and facades to save energy for environmental control are studied. Innovative design ideas to control structural motion as well as to utilize that motion to harness energy are discussed. Considering abundant emergence of tall buildings all over the world in recent years, the importance of the studies presented in this paper cannot be overemphasized for constructing more sustainable built environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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