Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.248-251
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2005
To investigate the degeneration process in the intervertebral disc, a three dimensional (3D) poroelastic finite-element (FE) model was developed. Disc was modeled as two different regions, such as annulus modeled with fiber reinforced 20 node poroelastic ground matrix and nucleus having large porosity. Excess Von Mises stress in the disc element assumed to be a possible source of degeneration under compressive loading condition. Recursive calculation was continued until the desired convergence was attained by changing the permeability and porosity of those elements, which could be predicted from the previous iteration. The degenerated disc model showed that relatively small compressive stresses were generated in the nucleus elements compared to normal disc. Its distribution along the sagittal plane was matched well with a previously reported experimental result. Contrasts to this result, pore pressures in the nucleus were higher than those in the normal disc. Total stress indicated similar values for two different models. This new approach using poroelastic modeling could provide the explanation of the interaction between fluid and solid matrix in the disc during the degeneration process.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.2
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pp.146-154
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2009
Dynamic response of a hull mounted sonar(HMS) to shocks transmitted through hull structures is analyzed and then the structural reliability of the sonars is evaluated. Finite element model of the hull mounted sonar is established and the transient responses to the shock is calculated using MSC.NASTRAN. According to BV043, the maximum allowable accelerations at the foundation of the sonar are converted from the shock spectra allowable for HMS. They are applied vertically and horizontally, respectively, using the large mass method. The structural reliability is evaluated by comparing the von-Mises stresses with the material yield stress. The drum for sensors shows a high reliability owing to mounts by which the shock waves from the base structure are well protected. However, the mounts between the base structure and the drum to mount sensors show a high stress intensity. The base structure also reveals a high stress intensity at the connection points to the hull.
Limit elastic speed analysis of Al/SiC-based functionally graded annular disk of uniform thickness has been carried out for two cases, namely: metal-rich and ceramic rich. In the present study, the unknown field variable for radial displacement is solved using variational method wherein the solution was obtained by Galerkin's error minimization principle. One of the objectives was to identify the variation of induced stress in a functionally graded disk of uniform thickness at limit elastic speed using modified rule of mixture by comparing the induced von-Mises stress with the yield stress along the disk radius, thereby locating the yield initiation. Furthermore, limit elastic speed has been reported for a combination of varying grading index (n) and aspect ratios (a/b).Results indicate, limit elastic speed increases with an increase in grading indices. In case of an increase in aspect ratio, limit elastic speed increases up to a critical value beyond which it recedes. Also, the objective was to look at the variation of yield stress corresponding to volume fraction variation within the disk which later helps in material tailoring. The study reveals the qualitative variation of yield stress for FG disk with volume fraction, resulting in the possibility of material tailoring from the processing standpoint, in practice.
In this paper, time-continuous constitutive equations for strain rate-dependent materials are presented first, among which those for the overstress and the consistency viscoplastic models are considered. By allowing the stress states to be outside the yield surface, the overstress viscoplastic model directly defines the flow rule for viscoplastic strain rate. In comparison, a rate-dependent yield surface is defined in the consistency viscoplastic model, so that the standard Kuhn-Tucker loading/unloading condition still remains true for rate-dependent plasticity. Based on the formulation of the consistency viscoplasticity, a computational elasto-viscoplastic constitutive model is proposed for the short fiber-reinforced fresh cementitious paste for extrusion purpose. The proposed constitutive model adopts the von-Mises yield criterion, the associated flow rule and nonlinear strain rate-hardening law. It is found that the predicted flow stresses of the extrudable fresh cementitious paste agree well with experimental results. The rate-form constitutive equations are then integrated into an incremental formulation, which is implemented into a numerical framework based on ANSYS/LS-DYNA finite element code. Then, a series of upsetting and ram extrusion processes are simulated. It is found that the predicted forming load-time data are in good agreement with experimental results, suggesting that the proposed constitutive model could describe the elasto-viscoplastic behavior of the short fiber-reinforced extrudable fresh cementitious paste.
Zarandi, Somayeh Bagherinejad;Lai, Hsiang-Wei;Wang, Yun-Che;Aizikovich, Sergey M.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.3
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pp.273-287
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2019
Elastoplastic analysis of an annular disc, being fully constrained on its outer rim and interacting with a purely elastic inclusion perfectly bonded with its inner rim, is conducted to study its plastic deformation and residual stress under thermal cycles. The system is termed the composite disc. Quasi-static plane-strain deformation is assumed, and the von Mises yield criterion with or without the Ludwik hardening rule is adopted in our finite element calculations. Effects of multiple material properties simultaneously being temperature dependent on the plastic behavior of the composite disc are considered. Residual stress is analyzed from a complete loading and unloading cycle. Results are discussed for various inclusion radii. It is found that when temperature dependent material properties are considered, the maximum residual stress may be greater than the maximum stress inside the disc at the temperature-loaded state due to lower temperature having larger yield stress. Temperature independent material properties overestimate stresses inside materials, as well as the elastic irreversible temperature and plastic collapse temperature.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.6_3
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pp.1155-1163
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2022
This study proposes a technology to ensure the seismic stability of a 1,000 kW diesel engine-type emergency generator by applying a seismic isolated bed system. The technology allows the static analysis by making the first natural frequency of the installed entire emergency generator larger than the earthquake cutoff frequency of 33 Hz. First a three dimensional model for the generator was made with simplification for mode analysis. A new bed system with springs, shock absorbers, stoppers was then devised. Next, The mode analysis for the finite element model equipped by the bed system was performed. the 1st natural frequency above 33 Hz, the seismic safety cutoff frequency, was calculated to be 152.92 Hz. Finally, based on the seismic stability theory, the von-Mises equivalent stresses derived by structural analysis under the Upset and Faulted conditions were 0.01603 Mpa, and 32.06 Mpa, respectively. so seismic stability was confirmed.
Concrete-filled steel tubes are among the most efficient compressive structural members because the strength of the concrete is enhanced given that the surrounding steel tube confines the concrete laterally and the steel tube is restrained with regard to inward deformation due to the concrete existing inside. Accurate estimations of the ultimate compressive strength of CFT are important for efficient designs of CFT members. In this study, an analytical procedure that directly formulates the interaction between the concrete and steel tube by considering the nonlinear Poisson effect and stress-strain curve of the concrete including the confinement effect is proposed. The failure stress of concrete and von-Mises failure yield criterion of steel were used to consider multi-dimensional stresses. To verify the prediction capabilities of the proposed analytical procedure, 99 circular CFT experimental data instances from other studies were used for a comparison with AISC, Eurocode 4, and other researchers' predictions. From the comparison, it was revealed that the proposed procedure more accurately predicted the ultimate compressive strength of a circular CFT regardless of the range of the design variables, in this case the concrete compressive strength, yield strength of the steel tube and diameter relative to the thickness ratio of the tube.
Mohammed El Sallah Zagane;Moulgada Abdelmadjid;Murat Yaylaci;Sahli Abderahmen;Ecren Uzun Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.583-588
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2023
Total hip replacement is a crucial intervention for patients with fractured hips who face challenges in natural recovery. The design of durable prostheses requires a comprehensive understanding of the natural processes occurring in bone. This article focuses on static loading analysis, specifically during stumbling activity, aiming to enhance the longevity of prosthetic implants. Three distinct implants, Charnley, Osteal, and Thompson, were selected for a detailed study to determine the most appropriate model. The results revealed critical insights into the distribution of Von Mises stresses on the components of femoral arthroplasty, including the cement, implant, and cortical bone. Furthermore, the examination of shear stress within the cement emerged as a pivotal aspect for all three implants, playing a crucial role in evaluating the performance and durability of hip prostheses. The conclusions drawn from this study strongly suggest that the Thompson model stands out as the most suitable choice for hip joint implants.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.28
no.2
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pp.147-161
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2012
This study is to assess the effect of horizontal misfit of an implant supported 3-unit fixed prosthodontics on the stress development at the marginal cortical bone surrounding implant neck. Two finite element models consisting of a three unit fixed prosthodontics and an implant/bone complex were constructed on a three dimensional basis. The three unit fixed prosthodontics were designed either shorter (d=17.8mm model) or longer (d=18.0mm model) by 0.1mm than the span of two implants placed at the mandibular second premolar and second molar areas 17.9mm apart. Fitting of the fixed prosthodontics onto the implant abutments was simulated by a total of 6 steps, that is to say, 0.1mm displacement per each step, using DEFORM 3D (ver 6.1, SFTC, Columbus, OH, USA) program. Stresses in the fixed prosthodontics and implants were evaluated using von-Mises stress, maximum compressive stress, and radial stress as necessary. The d=17.8mm model assembled successfully on to the implant abutments while d=18.0mm model did not. Regardless if the fixed prosthodontics fitted onto the abutments or not, excessively higher stresses developed during the course of assembly trial and thereafter. On the marginal cortical bone around implants during the assembly, the peak tensile and compressive stresses were as high as 186.9MPa and 114.1MPa, respectively, even after the final sitting of the fixed prosthodontics (for d=17.8mm model). For this case, the area of marginal bone subject to compressive stresses above 55MPa, equivalent of the $4,000{\mu}{\varepsilon}$, i.e. the reported threshold strain to inhibit physiological remodeling of human cortical bone, extended up to 2mm away from implant during the assembly. Horizontal misfit of 0.1mm can produce excessively high stresses on the marginal cortical bone not only during the fixed prosthodontics assembly but also thereafter.
Purpose : This study was to assess the loading distributing characteristics of implant systems with internal connection or external connection under vertical and inclined loading using finite element analysis. Materials and methods : Two finite element models were designed according to type of internal connection or external connection The crown for mandibular first molar was made using cemented abutment. Each three-dimensional finite element model was created with the physical properties of the implant and surrounding bone This study simulated loads of 200N at the central fossa in a vertical direction (loading condition A), 200N at the centric cusp tip in a 15$^{\circ}$ inward inclined direction (loading condition B), or 200N at the centric cusp tip in a 30$^{\circ}$ outward inclined direction (loading condition C) respectively. Von Mises stresses were recorded and compared in the supporting bone, fixture, abutment and abutment screw. Results : 1. In comparison with the whole stress or the model 1 and model 2, the stress pattern was shown through th contact of the abutment and the implant fixture in the model 1, while the stress pattern was shown through the abutment screw mainly in the model 2. 2. Without regard to the loading condition, greater stress was taken at the cortical bone, and lower stress was taken at the cancellous bone. The stress taken at the cortical bone was greater at the model 1 than at the model 2, but the stress taken at the cortical bone was much less than the stress taken at the abutment, the implant fixture, and the abutment screw in case of both model 1 and model 2. 3. Without regard to the loading condition, the stress pattern of the abutment was greater at the model 1 than at the model 2. 4. In comparison with the stress distribution of model 1 and model 2, the maximum stress was taken at the abutment in the model 1. while the maximum stress was taken at the abutment screw in the model 2. 5. The magnitude of the maximum stress taken at the supporting bone, the implant fixture, the abutment, and the abutment screw was greater in the order of loading condition A, B and C. Conclusion : The stress distribution pattern of the internal connection system was mostly distributed widely to the lower part along the inner surface of the implant fixture contacting the abutment core through its contact portion because of the intimate contact of the abutment and the implant fixture and so the less stress was taken at the abutment screw, while the abutment screw can be the weakest portion clinically because the greater stress was taken at the abutment screw in case of the external connection system, and therefore the further clinical study about this problem is needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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