Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.4
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pp.18-30
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2010
As the automobile industry is developing, the number of deaths and injuries has increased. To reduce the damages from automobile accidents, the government of each country proposes experimental conditions for reproducing the accident and establishes the vehicle safety regulations. Automotive manufacturers are trying to make safer vehicles by satisfying the requirements. The Hybrid III crash test dummy is a standard Anthropomorphic Test Device (ATD) used for measuring the occupant's injuries in a frontal impact test. Since a real crash test using a vehicle is fairly expensive, a computer simulation using the Finite Element Method (F.E.M.) is widely used. Therefore, a detailed and robust F.E. dummy model is needed to acquire more accurate occupant injury data and behavior during the crash test. To achieve this goal, a detailed F.E. model of the Hybrid III 5th percentile female dummy is constructed by using the reverse engineering technique in this research. A modeling process is proposed to construct the F.E. model. The proposed modeling process starts from disassembling the physical dummy. Computer Aided Design (CAD) geometry data is constructed by three-dimensional (3-D) scanning of the disassembled physical dummy model. Based on the geometry data, finite elements of each part are generated. After mesh generation, each part is assembled with other parts using the joints and rigid connection elements. The developed F.E. model of dummy is simulated based on the FMVSS 572 validation regulations. The results of simulation are compared with the results of physical tests.
In this paper, the fracture characteristics of concrete specimens with different notch depths under three-point flexural loads are studied by finite element and fracture mechanics methods. Firstly, the concrete beams (the size is 700×100×150 mm) with different notch depths (a=30 mm, 45 mm, 60 mm and 75 mm respectively) are tested to study the influence of notch depths on the mechanical properties of concrete. Subsequently, the concrete beams with notch depth of 60 mm are loaded at different loading rates to study the influence of loading rates on the fracture characteristics, and digital image correlation (DIC) is used to monitor the strain nephogram at different loading rates. The test results show that the flexural characteristics of the beams are influenced by notch depths, and the bearing capacity and ductility of the concrete decrease with the increase of notch depths. Moreover, the peak load of concrete beam gradually increases with the increase of loading rate. Then, the fracture energy of the beams is accurately calculated by tail-modeling method and the bilinear softening constitutive model of fracture behavior is determined by using the modified fracture energy. Finally, the bilinear softening constitutive function is embedded into the finite element (FE) model for numerical simulation. Through the comparison of the test results and finite element analysis, the bilinear softening model determined by the tail-modeling method can be used to predict the fracture behavior of concrete beams under different notch depths and loading rates.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.8
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pp.27-35
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2003
Geometric modeling tool and analysis tool of shell surface have been developed in the different environments and purposes. Thus they cannot be naturally fitted to each other for the integrated design and analysis. In the present study, an integrated framework of geometric modeling, analysis, and design optimization is proposed. It is based on the common representation of B-spline surface patch. In the analysis module, a geometrically-exact shell finite element is implemented. In shape optimization module, control points of the surface are selected as design variables. For the computation of shape sensitivities, semi-analytical method is used. Sequential linear programming(SLP) is adopted for the shape optimization of surfaces. The developed integrated framework should serve as a powerful tool for the geometric modeling, analysis, and shape design of surfaces.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.5
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pp.493-500
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2001
The detection of axial cracks using conventional MFL pig is a significant challenge in the gas pipeline inspection. In this study, a technique using interaction of circumferentially induced torrents with axial stress corrosion crack is presented. The feasibility of this technique is investigated using finite element modeling. Finite element analysis of such interaction is a difficult problem in terms of both computation time and memory requirements. The challenges arise due to the nonlinearity of material properties, the small sire of tight cracks relative to that of the magnetizer, and also time stepping involved in modeling velocity effects. This paper presents an approach based on perturbation methods. The overall analysis procedure is divided into 4 simple steps that can be performed sequentially. Modeling results show that this technique can effectively detect colonies of SCC as well as single SCC.
Kim, Hee-Sun;Park, Jae-Yong;Kim, Na-Eun;Shin, Yeong-Soo;Park, Ji-Man;Chun, Youn-Sic
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.4
no.4
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pp.218-226
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2012
PURPOSE. The purpose of this study was to propose finite element (FE) modeling methods for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. MATERIALS AND METHODS. For FE model generation, CT images of skull were translated into 3D FE models, and static analysis was performed considering linear material behaviors and nonlinear geometrical effect. To find out proper boundary and loading conditions, parametric studies were performed with various areas and directions of restraints and loading. The loading directions are prescribed to be same as direction of masseter muscle, which was referred from anatomy chart and CT image. From the analysis, strain and stress distributions of teeth and mandible were obtained and compared with experimental data for model validation. RESULTS. As a result of FE analysis, the optimized boundary condition was chosen such that 8 teeth were fixed in all directions and condyloid process was fixed in all directions except for forward and backward directions. Also, fixing a part of mandible in a lateral direction, where medial pterygoid muscle was attached, gave the more proper analytical results. Loading was prescribed in a same direction as masseter muscle. The tendency of strain distributions between the teeth predicted from the proposed model were compared with experimental results and showed good agreements. CONCLUSION. This study proposes cost efficient FE modeling method for predicting stress distributions on teeth and mandible under chewing action. The proposed modeling method is validated with experimental data and can further be used to evaluate structural safety of dental prosthesis.
A rotor-bearing system has been investigated, including internal damping and axial torque using finite dynamic elements. A procedure is presented for dynamic modeling of rotor-bearing system which consist of finite dynamic shaft elements, rigid disk, and bearing and seal. A finite dynamic element model including the effects of rotatory inertia, gyroscopic moments, axial force, and axial torque is developed using the frequency dependent shape function. The natural whirl speeds, stability, and unbalance response of rotor system are calculated on several cases and compared with the conventional finite elements.
Various finite elements have been studied and developed to analyze a variety of structures in the finite element method(FEM). The transfer stiffness coefficient method(TSCM) is an effective algorithm for structural analysis but the structures which can be applied were limited. In this paper, a computational algorithm for the structural analysis of axisymmetric conical shells under axisymmetric loading is formulated using the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM). The basic concept of FE-TSCM is the combination of the modeling technique of FEM and the transfer technique of TSCM. The FE-TSCM has all the advantages of both FEM and TSCM. After carrying out the structural analysis of axisymmetric conical shells using FEM, FE-TSCM, and analytical method we compare the computational results of FE-TSCM with those of the other methods in terms of computational accuracy.
For the simulation of one-dimensional unsteady flow, the Taylor-Galerkin finite element method was adopted to the discretization of the Saint Venant equation. The model was applied to the backwater problem in a single channel and the flood routing in dendritic channel networks. The numerical solutions were compared with previously published results of finite difference and finite element methods and good agreement was observed. The model solves the continuity and the momentum equations in a sequential manner and this leads to easy implementation. Since the final system of matrix is tri-diagonal with a few additional entry due to channel junctions, the tri-diagonal matrix solution algorithm can be used with minor modification. So it is fast and economical in terms of memory for storing matrices.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.2
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pp.109-116
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2010
It is important to make a mechanical structure precisely and reasonably in predicting the dynamic characteristics, controlling the vibration, and designing the structure dynamics. In finite element analysis model updating is appropriate as the design parameter is used to analyze the dynamic system. The errors can be contained from the physical parameters and the element modeling. From the dynamic test, more precise dynamic characteristics can be obtained. In this paper, model updating algorithm is developed using frequency difference between experiment and calculation. Modal frequencies are obtained by experiment and finite element analysis for beams with various cross section and shapes which have added masses and holes in the middle. For plates with and without groove, experiment and analyses are carried out by applying free boundary conditions as well. Mass and stiffness matrices are updated by comparing test and analytical modal frequencies. The result shows that the updated frequencies become closer to the test frequencies in case that both matrices are updated. An improved analytical model is obtained by changing model parameters such that the discrepancy between test and finite element frequencies is minimized. For beam and plate models updating of mass and stiffness matrices can improve the dynamical behavior of the model by acting on the physical parameters such as masses and stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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