Trabecular bone can be accurately represented using image-based finite element modeling and analysis of these bone models is widely used to predict their mechanical properties. However, the choice of thresholding technique, a necessary step in converting grayscale images to finite element models which can thus significantly influence the structure of the resulting finite element model, is often overlooked. Therefore, we investigated the effects of thresholding techniques on micro-computed tomography (micro-CT) based finite element models of trabecular bone. Three types of thresholding techniques were applied to micro-CT images of trabecular bone which resulted in three unique finite element models for each specimen. Bone volume fractions and apparent moduli were predicted for each model and compared to experimental results. Our findings suggest that predictions of apparent properties agree well with experimental measurements regardless of the choice of thresholding technique in micro CT images of trabecular bone.
Purpose: This study was to propose the clear understanding for stress distribution of supporting bone by use of staggered buccal offset tripodal placement of fixtures of posterior 3 crown implant partial dentures. We realized posterior 3 crown implant fixed partial dentures through finite element modeling and analysed stress effect of implant arrangement location to supporting bone under external load using finite element method. Method: To understand stress distribution of 3 crown implant fixed partial dentures which have 2 different arrangement by finite element analysis. In each model, for loading condition, we applied $45^{\circ}$ oblique load to occlusal surface of crown and applied 100 N for 3 crown individually(total 300 N) for imitating possible oral loading condition. at this time, we calculated Von Mises stress distribution in supporting bone through finite element method. Result: When apply $45^{\circ}$ oblique load to in-line arrangement model, maximum stress result for 100 N for each 3 crown 47.566MPa. In tripodal placement, result for 1mm buccal offset tripodal placement implant model was maximum distributed load 51.418MPa, so result was higher than in-line arrangement model. Conclusion: In stress distribution result by placement of implant fixture, the most effective structure was in-line arrangement. The tripodal placement does not effective for stress distribution, gap cause more damage to supporting bone.
Finite element method (FEM) provides several advantages over other numerical methods such as boundary element method, since it allows truly volumetric analysis and incorporation of realistic electrical conductivity values. Finite element mesh generation is the first requirement in such in FEM to represent the volumetric domain of interest with numerous finite elements accurately. However, conventional mesh generators and approaches offered by commercial packages do not generate meshes that are content-adaptive to the contents of given images. In this paper, we present software that has been implemented to generate content-adaptive finite element meshes (cMESHes) based on the contents of MR images. The software offers various computational tools for cMESH generation from multi-slice MR images. The software named as the Content-adaptive FE Mesh Generation Toolbox runs under the commercially available technical computation software called Matlab. The major routines in the toolbox include anisotropic filtering of MR images, feature map generation, content-adaptive node generation, Delaunay tessellation, and MRI segmentation for the head conductivity modeling. The presented tools should be useful to researchers who wish to generate efficient mesh models from a set of MR images. The toolbox is available upon request made to the Functional and Metabolic Imaging Center or Bio-imaging Laboratory at Kyung Hee University in Korea.
Mechanical structures are composed of substructures connected by joints and boundary elements. While the finite element representation of plain substructures is well developed and reliable, joints have a lot of uncertainties in being accurately modelled and affect dynamic behavior of a total system. In order to improve the accuracy of a finite element model, a new method is proposed, in which reduced finite element model is combined with a system identification technique. After substructures except joints are modelled with finite element method and joint properties are represented by parameter states, non-linear state equation is derived in which parameter states are multiplied by physical states such as displacements and velocities. So the joint parameter identification is transformed into non-linear state estimation problem. The methods are tested and discussed numerically and the feasibility for physical application has been demonstrated through two example structures.
Abdelhak Mesbah;Zakaria Belabed;Khaled Amara;Abdelouahed Tounsi;Abdelmoumen A. Bousahla;Fouad Bourada
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.291-309
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2023
This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C0 and C1 continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.
Some limits are in two-dimensional analysis by finite element method to electromagnetic machine having finite dimension. Therefore three-dimensional analysis by finite element method, which are modeling original form of models are needed in order to gain accurate solutions. This paper present three-dimensional time varing magnetic field analysis method using electric field E and magnetic scarlar potential $\Omega$, and examine sample model.
Filho, Joao Elias Abdalla;Belo, Ivan Moura;Pereira, Michele Schunemann
Structural Engineering and Mechanics
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v.28
no.5
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pp.603-633
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2008
A four-node plate finite element for the analysis of laminated composites which is developed using strain gradient notation is presented. The element is based on a first-order shear deformation theory and on the equivalent lamina assumption. Strains and stresses can be calculated at different points through the thickness of the plate. They are averaged values due to the equivalent lamina assumption. A shear correction factor is used as the transverse shear strain is taken to be constant over the plate thickness while its actual variation is parabolic. Strain gradient notation, which is physically interpretable, allows for the detailed a-priori analysis of the finite element model. The polynomial expansions are inspected and spurious terms responsible for modeling errors are identified in the shear strains polynomial expansions. The element is corrected by simply removing the spurious terms from the shear strains expansions. The element is implemented into a FORTRAN finite element code in two versions; namely, with and without spurious terms. Results are compared to show the effects of the spurious terms on the solutions. It is also shown that a refined mesh composed of corrected elements provides solutions which approximate very well the analytical solutions, validating the procedure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.855-860
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2002
This paper is about seismic performance of the StLRB(S.T.U+PETE+LRB) system, that is among various base isolator. A rational modeling of StLRB system has been presented that used Nllink element. We get theoretical solutions of equation of motion of the system and compared with numerical solutions using a finite element program, Thus, a verified modeling can be applied bridge structure of multi-degree-of-fredoom systems.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.226-232
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2003
Difficulties in the finite element modeling of human spine are evaded by using a stiffness matrix element whose properties can be characterized from experimentally measured stiffness of functional spinal units. Relative easiness is in that inter-vertebral discs, ligaments, and soft tissues connecting vertebrae do not need to be modeled as they are. The remarkable coupling effect between distinct degrees of freedom induced by the geometric complexity can be accommodated without much effort. An idealized block model with simple geometry for vertebra is employed to assess the feasibility of this method. Analyses are performed in both levels of motion segment and spinal column, and the result is compared with that from detail model. As far as the global behavior of spine is concerned, the simplification is found not to aggravate inaccuracy only if sufficient experimental data is provided and interpreted properly.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.303-310
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2001
We propose the framework which directly links shell finite element to the free form surface geometric modeling. For the development of a robust shell element, a first order shear deformable shell theory and partial mixed variational functional are provided. Bubble functions are included in the shape function of displacement to improve the performance of the developed element. The Spline/NURBS is used to generate the general free form of parameterized shell surfaces. The proposed shell finite element model linked with NURBS surface representation provides efficiency for design and analysis. Numerical examples are given in order to assess the accuracy of the performances of the proposed element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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