Kim, Uksun;Huang, Yu;Chakrabarti, Pinaki R.;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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v.13
no.5
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pp.587-601
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2014
A sophisticated finite element modeling approach is proposed to simulate unbonded post-tensioned concrete slabs. Particularly, finite element contact formulation was employed to simulate the sliding behavior of unbonded tendons. The contact formulation along with other discretizing schemes was selected to assemble the post-tensioned concrete system. Three previously tested unbonded post-tensioned two-way and one-way slabs with different reinforcement configurations and boundary conditions were modeled. Numerical results were compared against experimental data in terms of global pressure-deflection relationship, stiffness degradation, cracking pattern, and stress variation in unbonded tendons. All comparisons indicate a very good agreement between the simulations and experiments. The exercise of model validation showcased the robustness and reliability of the proposed modeling approach applied to numerical simulation of post-tensioned concrete slabs.
Temperature is one of the most critical elements that influence the rutting and fatigue resistance of flexible pavements. Particularly in extreme hot regions in Saudi Arabia, high temperature would significantly reduce the rutting resistance of flexible pavements leading to reduction of pavement service life. Due to the impacts of global warming, average temperature in Saudi Arabia is expected to further increase by about 4℃ by the end of the 21st century. The substantial increase in average temperature will elevate the expected pavement maintenance and rehabilitation cost. This paper analyzes the structural effects of temperature on pavement using layered elastic analysis based on finite element techniques. The research team calculated the potential loss of pavement service life due to the projected temperature increase and climate change. The paper also analyzed potential impact of using carbon waste in asphalt concrete to tackle the derogatory impacts of temperature rise.
For severe accident assessment of reactor pressure vessel (RPV), it is important to develop an accurate model that can predict transient thermo-mechanical behavior of the RPV lower head under the given condition. The present study revisits the lower head failure with two- and three-dimensional finite element models. In particular, we aim to give clear insight regarding the effect of the three-dimensionality present in the distribution of the thickness and thermal load of the lower head. For a rigorous validation of the result, both the OLHF-1 and the OLHF-2 tests are considered in this study. The result suggests that the three-dimensional effect is not negligible as far as the failure location is concerned. The non-uniformity of the thickness distribution is found to affect the failure location and time. The thermal load, which may not be axisymmetric in general, has the most significant effect on the failure assessment. We also observe that the creep property can affect the global deformation of the lower head, depending on the applied mechanical load.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.25
no.5
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pp.1130-1139
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2001
Springs are widely utilized in machine element. To find out stiffness of coil spring, the space beam theory using the finite element method is adopted in this paper. In three dimensional space, a space frame element is a straight bar of uniform cross section which is capable of resisting axial forces, bending moments about two principal axes in the plane of its cross section and twisting moment about its centroidal axis. The corresponding displacement degrees of freedom are twelve. The displacements of nodal points due to small increment of force are calculated by the finite element method and the calculated nodal displacements are added to coordinates of nodal points. The new stiffness matrix of the system using the new coordinates of nodal points is adopted to calculated the another increments of nodal displacements, that is, the step by step method is used in this paper. The results of the finite element method are fairly well agreed with those of various experiments. Using MATLAB program developed in this paper, spring constants can be predicted by input of few factors.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2001.11a
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pp.21-27
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2001
Springs are widely utilized in machine element. To find out stiffness of frustum-shaped coil spring, the space beam theory using the finite element method is adopted in this paper In three dimensional space, a space frame element is a straight bar of uniform cross section which is capable of resisting axial forces, bending moments about two principal axes in the plane of its cross section and twisting moment about its centroidal axis. The corresponding displacement degrees of freedom are twelve. To find out load vector of coil spring subjected to distributed compression, principle of virtual work is adapted The displacements of nodal points due to small increment of force are calculated by the finite element method and the calculated nodal displacements are added to coordinates of nodal points. The new stiffness matrix of the system using the new coordinates of nodal points is adopted to calculate the another increments of nodal displacements, that is, the step by step method is used in this paper. The results of the finite element method are fairly well agreed with those of various experiments. Using MATLAB program developed in this paper, spring constants and stresses can be predicted by input of few factors.
Finite element (FE) model updating is a useful tool for global damage detection technique, which identifies the damage of the structure using measured vibration data. This paper presents the application of a finite element model updating method to detect the damage of a small-scale reinforced concrete building structure using measured acceleration data from shaking table tests. An iterative FE model updating strategy using the least-squares solution based on sensitivity of frequency response functions and natural frequencies was provided. In addition, a side constraint to mitigate numerical difficulties associated with ill-conditioning was described. The test structure was subjected to six El Centro 1942 ground motion histories with different Peak Ground Accelerations (PGA) ranging from 0.06 g to 0.5 g, and analytical models corresponding to each stage of the shaking were obtained using the model updating method. Flexural stiffness values of the structural members were chosen as the updating parameters. In model updating at each stage of shaking, the initial values of the parameter were set to those obtained from the previous stage. Severity of damage at each stage of shaking was determined from the change of the updated stiffness values. Results indicated that larger reductions in stiffness values occurred at the slab members than at the wall members, and this was consistent with the observed damage pattern of the test structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1435-1450
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2004
The investigation, which includes the material homogenization and the calculation of local stress concentration of long-fibrous composites in a microscopic level, has been performed to analyze the behavior of fiber-reinforced composites by using finite element method. In order to carry out this study, the finite element models of composites have been generated by the idealized arrays as square and hexagonal-packed type. In the FE analysis, the boundary conditions of micromechanical finite element method(MFEM) have been defined and verified by comparing with the results from multi-cells, and the effective material properties of composites composed of graphite/epoxy have been also evaluated by rules of mixture. For acquiring the relation between the global and local behaviors of composites, the magnifications of strain, stress, and interfacial stress of composites subjected to a longitudinal and transverse loading respectively have been calculated. And the magnifications have been proposed as the stress concentration in the microscopic level at composite material.
In this study, small punch test and tensile test were performed with specimens directly machined from an ASTM A53 grade B carbon steel pipe at which an explosion accident was occurred in the Heavy Oil Unit. Main damage mechanism of the pipe was known as a high temperature hydrogen attack(HTHA). Effects of HTHA on the mechanical strength change of the A53B steel were studied in detail. Small punch test results have showed that maximum reaction forces, SP energy and ductility were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Yield strength and tensile ultimate strength were calculated with the obtained small punch test curve results using different methods and compared the estimation methods. Small punch test simulation has been also performed with the finite element method and then mechanical strength, equivalent strain and fracture toughness were calculated with the obtained numerical analysis results. It was shown that the fracture toughness data calculated from small punch equivalent energy obtained by the finite element analysis for SP test was very low at the hydrogen attacked part.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.6
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pp.84-90
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2010
This paper presents the shape optimization process for the automotive wheel bearing seal lip using the finite element method and the response surface method. First, to predict performance of the bearing seal lip, we used the non-linear finite element analysis. And then, we compared the analysis results with the test results to verify the finite element model. The objective function in optimizing process was obtained from results of the mud slurry test, which is one of many tests for evaluating performance of wheel bearing. After the mud slurry test for the four models which have the similar cross-sectional shape, we measured the wear area of the seal lip and the moisture content in grease. The objective function has been chosen by comparing the results of mud slurry test and characteristics of seal lip, such as contact force, contact area, contact pressure, and interference. Finally, within limited design parameters, we suggested the optimized shape of seal lip, which is expected to improve the wear and the sealing effect of it.
Seo, Chan-Hee;Lee, Chang-Suk;Jang, Gun-Hee;Lee, Ho-Sung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.330-336
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2005
This paper presents a method to analyze the vibration of a flexible spinning disk-spindle system with FDBs, flexible base structure and an actuator in a HDD by using the FEM. Finite element equations of each component of a HDD spindle system from the spinning flexible disk to the flexible base plate are consistently derived by satisfying the geometric compatibility in the internal boundary between each component. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of the proposed method is verified by comparing the simulated natural frequencies, mode shapes with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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