Recently, there has been considerable research in the field of application of Laser-Arc hybrid welding for superstructures, such as ship-structures, transport vehicles etc. However, the study on heat distribution and welding residual stress of hybrid weld by numerical simulation leaves much to be desired. Therefore, in this study, an optimized welding condition and numerical simulation for hybrid welding, using previous numerical analysis to calculate the heat source for hybrid welding, has been analyzed. For this purpose, fundamental welding phenomena of the hybrid process, using Laser and, is investigated. In order to calculate temperature and residual stress distribution in hybrid welds, a finite element heat source model is developed on the basis of experimental results and characteristics of temperature. Residual stress distribution in hybrid welds are understood from the result of simulation, and compared with the experimental values.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.3003-3009
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2000
In this paper, we propose a new efficient hybrid-mixed C(sup)0 curved beam element with the optimal interpolation functions determined from numerical tests, which gives very accurate locking-free two-node curved beam element. In the element level, the stress parameters are eliminated from the stationary condition and the nodeless degrees of freedom are also removed by static condensation so that a standard six-by-six stiffness matrix is finally obtained. The numeri cal benchmark problems show that the element with cubic displacement functions and quadratic stress functions is the most efficient.
Curved beams are more efficient in transfer of loads than straight beams because the transfer is effected by bending, shear and membrane action. The finite element method is a versatile method for solving structural mechanics problems and curved beam problems have been solved using this method by many author. In this study, a new three-noded hybrid-mixed curved beam element is proposed to investigate the in-plane flexural vibration behavior of arches depending on the curvature, aspect ratio and boundary conditions, etc. The proposed element including the effect of shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle, and employs the quadratic displacement functions and consistent linear stress functions. The stress parameters are then eliminated from the stationary condition of the variational principle so that the standard stiffness equations are obtained. Several numerical examples confirm the accuracy of the proposed finite element and also show the dynamic behavior of arches with various shapes.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.05a
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pp.39-42
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2004
In the present paper, a novel systematic method using the 2-D hybrid special finite elements containing an edge crack is employed to study the fracture behaviors of laser beam spot-welds in automotive structures. 2-D hybrid special finite elements each containing an edge crack can assure the high precision especially in the vicinity of crack tips and give a better description of its singularity with only one hybrid element surrounding one crack. Therefore, the numerical modeling of the laser beam spot-welds can be greatly simplified. Some numerical examples are provided to demonstrate the validity and versatility of the proposed method. All the lap-shear, lap-tension and angle clip specimens are analyzed and some useful fracture parameters (such as stress intensity factors, the initial direction of crack growth) are obtained simultaneously.
In this paper an 8-node quadrilateral assumed stress hybrid Mindlin plate element with $39{\beta}$ is presented. The formulation is based on complementary energy principle. The proposed element is free of shear locking and is capable of passing all the patch tests, especially the non-zero constant shear enhanced patch test. To accomplish this purpose, special attention is devoted to selecting boundary displacement interpolation and stress approximation in domain. The arbitrary order Timoshenko beam function is successfully used to derive the boundary displacement interpolation. According to the equilibrium equations, an appropriate stress approximation is rationally derived. Particularly, in order to improve element's accuracy, the assumed stress field is derived by employing $39{\beta}$ rather than conventional $21{\beta}$. The resulting element can be adopted to analyze both moderately thick and thin plates, and the convergence for the very thin case can be ensured theoretically. Excellent element performance is demonstrated by a wide of experimental evaluations.
PURPOSE. The aim of this study is to evaluate the effects of canine guidance occlusion and group function occlusion on the degree of stress to the bone, implants, abutments, and crowns using finite element analysis (FEA). MATERIALS AND METHODS. This study included the implant-prosthesis system of a three-unit bridge made of monolithic zirconia and hybrid abutments. Three-dimensional (3D) models of a bone-level implant system and a titanium base abutment were created using the original implant components. Two titanium implants, measuring 4 × 11 mm each, were selected. The loads were applied in two oblique directions of 15° and 30° under two occlusal movement conditions. In the canine guidance condition, loads (100 N) were applied to the canine crown only. In the group function condition, loads were applied to all three teeth. In this loading, a force of 100 N was applied to the canine, and 200-N forces were applied to each premolar. The stress distribution among all the components of the implant-bridge system was assessed using ANSYS SpaceClaim 2020 R2 software and finite element analysis. RESULTS. Maximum stress was found in the group function occlusion. The maximum stress increased with an increase in the angle of occlusal force. CONCLUSION. The canine guidance occlusion with monolithic zirconia crown materials is promising for implant-supported prostheses in the canine and premolar areas.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.153-160
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2008
In this study, we propose a new three-node hybrid-mixed curved beam element with the relaxed-equiribrium stress functions for static analysis. The proposed element considering shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle. The stress functions are carefully chosen from three important considerations: (i) all the kinematic deformation modes must be suppressed, and (ii) the spurious constraints must be removed in the limiting behaviors via the field-consistency, and (iii) the relaxed equilibrium conditions could be incorporated because it might be impossible to select the stress functions and parameters to fully satisfy both the equiribrium conditions and the suppression of kinematic deformation modes in the three-node curved beam hybrid-mixed formulation. Numerical examples confirm the superior and stable behavior of the proposed element regardless of slenderness ratio and curvature. Besides, the proposed element shows the outstanding performance in predicting the stress resultant distributions.
An 8 node assumed stress hexahedral element with rotational degrees of freedom is proposed for static and free vibration analyses. The element formulation is based directly on an 8-node element. This direct formulation requires fewer computations than a similar element that is derived from an internal 20-node element in which the midside degrees of freedom are eliminated by expressing them in terms of displacements and rotations at corner nodes. The formulation is based on Hellinger-Reissner variational principle. Numerical examples are presented to show the validity and efficiency of the present element for static and free vibration analysis.
Two kinds of special 3-dimensional 12-node finite elements-each one contains a traction-free planar surface-have been developed based on Hellinger-Reissner principle by assumed stress hybrid method. Example solutions have demonstrated the advantage of using these special elements for analyzing plates and solids with rectangular holes.
To achieve appropriate stresses, two new rectangular elements are presented in this study. For reaching this aim, a complementary energy functional is used within an element for the analysis of plane problems. In this energy form, the Airy stress function will be used as a functional variable. Besides, some basic analytical solutions are found for the stress functions. These trial functions are matched with each element number of degrees of freedom, which leads to a number of equations with the anonymous constants. Subsequently, according to the principle of minimum complementary energy, the unknown constants can be expressed in terms of displacements. This system can be rewritten in terms of the nodal displacement. In this way, two new hybrid-rectangular triangular elements are formulated, which have 16 and 40 degrees of freedom. To validate the outcomes, extensive numerical studies are performed. All findings clearly demonstrate accuracies of structural displacements, as well as, stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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