Taylor rod impact tests have been the subject of many theoretical and experimental investigations. This paper discusses the numerical methods for simulating the Taylor impact test, which is widely used to obtain constitutive equations and failure conditions under high-velocity collisions of materials. With this in mind, a particle-based MPM (material point method) for linear viscoelastic solid materials was implemented, and MPM simulations for viscoelastic deformation behavior were numerically verified and confirmed by comparing the MPM and FEM results. In addition, this modeling and numerical approach could be extended to more complex viscoelastic models for basic understanding and to analyze the deformation and fracture behavior of more complicated viscoelastic material systems.
Analysis of mechanical behavior for a pultruded-wound hollow rod is presented. For this purpose, the pultruded-wound hollow rod is manufactured by the new winder attached to the conventional pultrusion system. And the conventional pultrusion process is newly altered to manufacture pultruded-wound specimens. A computer program, POST II, is modified to perform this study, In the nonlinear finite element formulation, the updated Lagrangian description method based on the second Piolar-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor are used. For the finite element modeling of the composite hollow rod, the eight-node degenerated shell element is utilized. In order to estimate the failure, the maximum stress criterion is adopted to the averaged stress in the each layer of the finite elements. As numerical examples, the behavior of glass/up composite hollow rod is investigated from the initial loading to the final collapse. Present finite element results considering stiffness degradation and stress unload due to failure shows excellent agreement with experiments in the ultimate load, failure and deformations.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.43
no.1
s.343
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pp.33-40
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2006
This paper presents a novel surface acoustic wave (SAW)-based pressure sensor, which is composed of single phase unidirectional transducer (SPUDT), three reflectors, and a deep etched substrate for bonding underneath the diaphragm. Using the coupling of modes (COM) theory, the SAW device was simulated, and the optimized design parameters were extracted. Finite Element Methods (FEM) was utilized to calculate the bending and stress/strain distribution on the diaphragm under a given pressure. Using extracted optimal design parameters, a 440 MHz reflective delay line on 41o YX LiNbO3 was developed. High S/N ratio, shan reflection peaks, and small spurious peaks were observed. The measured S11 results showed a good agreement with simulated results obtained from coupling-of-modes (COM) modeling and Finite Element Method (FEM) analysis.
High pressure devices are used widely. Interest in rupture disc to people is the increases in protect of facilities and people. A rupture disc consists of mainly three parts: holder, plate and vacuum support. Rupture discs are rusted or destroyed by diverse environments. Rupture discs are made from STS 316L stainless steel because of its high corrosion resistance and yield strength. In this study, modeling of a rupture disc by CATIA V5 and finite element analysis by ANSYS were carried out. The finite element analysis results executed to predict properties of the rupture disc with thickness and height.
Shear walls have high stiffness and strength; however, they lack energy dissipation and repairability. In this study, an innovative slotted shear wall featuring vertical slots and steel energy dissipation connectors was developed. The ductility and energy dissipation of the shear wall were improved, while sufficient bearing capacity and structural stiffness were retained. Furthermore, the slotted shear wall does not support vertical forces, and thus it does not have to be arranged continuously along the height of the structure, leading to a much free arrangement of the shear wall. A frame-slotted shear wall structure that combines the conventional frame structure and the innovative shear wall was developed. To investigate the ductility and hysteretic behavior of the slotted shear wall, finite element models of two walls with different steel connectors were built, and pushover and quasi-static analyses were conducted. Numerical analysis results indicated that the deformability and energy dissipation were guaranteed only if the steel connectors yielded before plastic hinges in the wall limbs were formed. Finally, a modified D-value method was proposed to estimate the bearing capacity and stiffness of the slotted shear wall. In this method, the wall limbs are analogous to columns and the connectors are analogous to beams. Results obtained from the modified D-value method were compared with those obtained from the finite element analysis. It was found that the internal force and stiffness estimated with the modified D-value method agreed well with those obtained from the finite element analysis.
The dental osseointegration implant should be enough to endure occlusion load and it's required to have efficient design and use of implant to disperse the stress into bones properly. Solidworks as a finite element analysis program for modeling and analysis of stress distribution was used for the research. The simple crown model was designed on applying conjoined condition with tightening torque of 20 Ncm of a abutment screw between a cement retained implant abutment and a fixture. A $45^{\circ}$ oblique loading from lingual to buccal side on buccal cusps of crown and performed finite element analysis by 100 N of external load. The results by a analysis for stress distribution of supporting bones of fixture were as below. The von Mises stress was concentrated on the upper side of supporting compact bone regardless of the diameters and lengths of fixture, and the efficiency result of stress reduction was increase of fixture's diameter than it's length. Therefore, it's effective to use wider fixture as possible to the conditions of supporting jaw bone.
Al-Omari, Raid R.;Al-Azzawi, Adel A.;AlAbbas, Kadhim A.
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.5
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pp.599-615
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2016
The present research presents experimental and finite element studies to investigate the behavior of piled raft-tunnel system in a sandy soil. In the experimental work, a small scale model was tested in a sand box with load applied vertically to the raft through a hydraulic jack. Five configurations of piles were tested in the laboratory. The effects of pile length (L), number of piles in the group and the clearance distance between pile tip and top of tunnel surface (H) on the load carrying capacity of the piled raft-tunnel system are investigated. The load sharing percent between piles and rafts are included in the load-settlement presentation. The experimental work on piled raft-tunnel system yielded that all piles in the group carry the same fraction of load. The load carrying capacity of the piled raft-tunnel model was increased with increasing (L) for variable (H) distances and decreased with increasing (H) for constant pile lengths. The total load carrying capacity of the piled raft-tunnel model decreases with decreasing number of piles in the group. The total load carrying capacity of the piles relative to the total applied load (piles share) increases with increasing (L) and the number of piles in the group. The increase in (L/H) ratio for variable (H) distance and number of piles leads to an increase in piles share. ANSYS finite element program is used to model and analyze the piled raft-tunnel system. A three dimensional analysis with elastoplastic soil model is carried out. The obtained results revealed that the finite element method and the experimental modeling are rationally agreed.
This paper aims to analytically study the effect of loading conditions and confinement type on the mechanical properties of the concrete-steel composite columns under axial compressive loading. The axial loading is applied to the composite columns in the two ways; only on the concrete core, and on the concrete core and steel tube simultaneously, which are called steel tube-confined concrete (STCC) and concrete-filled steel tube (CFST) columns, respectively. In addition, the confinement is investigated in the three types of passive, short-term active and long-term active confinement. Nonlinear finite element 3D models for analyzing these columns are developed using the ABAQUS program, and then these models are verified with respect to the recent experimental results reported by the authors on the STCC and CFST columns experiencing active and passive confinements. Axial and lateral stress-strain curves as well as the failure mode for qualitative verification, and compressive strength for quantitative verification are considered. It is found that there is a good consistency between the finite element analysis results and the experimental ones. In addition, a parametric study is performed to evaluate the effect of axial loading type, prestressing ratio, concrete compressive strength and steel tube diameter-to-wall thickness ratio on the compressive behavior of the composite columns. Finally, the compressive strength results of CFST specimens obtained via the finite element analysis are compared with the values specified by the international codes and standards including EC4, CSA, ACI-318, and AISC, with the results showing that ACI-318 and AISC underestimate the compressive strength of the composite columns, while EC4 and CSA codes present overestimated values.
Kim, Chang-Sik;Li, Chun Bao;Kim, Young Hun;Choung, Joonmo
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.4
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pp.335-343
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2017
The Newman-Raju formula and contour integral-based finite element analyses(FEAs) have been widely used to assess crack growth rates and residual lives at crack locations in ships or offshore structures, but the Newman-Raju formula is known to be less accurate for the complicated weld details and the conventional FEA-based contour integral approach needs concentrated efforts to construct FEA models. Recently, an extended finite element method(XFEM) has been proposed to reduce those modeling efforts with reliable accuracy. Stress intensity factors(SIFs) from the approaches such as the Newman-Raju formula, conventional FEA-based J-integral, and XFEM-based J-integral were compared for an infinitely long plate with a propagating elliptic crack. It was concluded that the XFEM approach was far reliable in terms of prediction ability of SIFs. Assuming a 25 year-aged coast guard patrol ship had the prescribed cracks at the bracket toes attached to longitudinal stiffeners in way of deck and bottom, SIFs were derived based on the three approaches. To obtain axial tension loads acting on the longitudinal stiffeners, long term hull girder bending moments were assumed to obey Weibull distribution of which two parameters were decided from a reference (DNV, 2014). For the complicated weld details, it was concluded that the XFEM approach could cost-effectively and accurately estimate the crack growth rates and residual lives of ship structures.
Taeyi Kim;Seong-Won Jin;Yeong-Bae Kim;Jae Hyuk Lim;YunHo Kim
Composites Research
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v.36
no.6
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pp.395-401
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2023
In this study, finite element modeling of unidirectional composite materials of the computed tomography (CT) was conducted using a supervised learning-based segmentation technique. Firstly, Micro-CT scan was performed to obtain the raw volume of unidirectional composite materials, providing microstructure information. From the CT volume images, actual microstructure of the cross-section of unidirectional composite materials was extracted by the labeling process. Then, a U-net deep learning model was trained with a small number of raw images as inputs and their labeled images as outputs to generate a segmentation model. Subsequently, most of remaining images were input to the trained U-net deep learning model to segment all raw volume for identifying complex microstructure, which was used for the generation of finite element model. Finally, the fiber volume fraction of the finite element model was compared with that of experimentally measured volume to validate the appropriateness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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