Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.14-24
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2018
Several typical hyper-elastic constitutive models that encompass both conventional and advanced ones were investigated for the application of instability problems, including the biaxial tension of a rubber patch and inflation of spherical or cylindrical balloons. The material models included the neo-Hookean model, Mooney-Rivlin model, Gent model, Arruda-Boyce model, Fung model, and Pucci-Saccomandi model. Analyses can be done using membrane equations with particular strain energy density functions. Among the typical strain energy density functions, Kearsley's bifurcation for the Treloar's patch occurs only with the Mooney-Rivlin model. The inflation equation is so generalized that a spherical balloon and tube balloons can be taken into account. From the analyses, the critical material parameters and limit points were identified for material models in terms of the non-dimensional pressure and inflation volume ratio. The bifurcation was then identified and found for each material model of a balloon. When the finite element method was used for the structural instability problems of rubber-like materials, some careful treatments required could be suggested. Overall, care must be taken not only with the analysis technique, but also in selecting constitutive models, particularly the instabilities.
The brittle materials like rocks show complicated strain-softening behavior after the peak which is hard to model using the classical constitutive models based on the relation between strain and stress tensors. A kinematically constrained three-dimensional microplane constitutive model is developed for granite. The model is verified by fitting the experimented data of Westerly granite and Bonnet granite. The triaxial behavior of granite is well reproduced by the model as well as the uniaxial behavior. We studied the development of the fracture zone in granite during blasting impact using the model with the standard finite element method. All the results obtained from the microplane model developed are compared to those from the linear elasticity model which is commonly used in many researches and practices. It is found that the nonlinearity of rocks sigificantly affects the results of analysis.
Powder metallurgy has been employed for the development of SiC particle reinforced aluminum metal matrix composites by means of hot isotropic pressing and vacuum hot pressing. A material model based on micro-mechanical approach then has been presented for the processes. Densification occurs by the inelastic flow of matrix materials during the consolidation, and consequently it depends on many process conditions such as applied pressure, temperature and volume fraction of reinforcement. The model is implemented into finite element software so that the process simulation can be performed enabling the predicted relative density to be compared with experimental data. In order to determine the performance of finished products, further tensile test has been conducted using the developed specimens. The effect of internal void of the materials on mechanical properties therefore can be investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.735-742
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2006
In this study, the ultimate shear strength behavior of transversely stiffened curved web panels was investigated through nonlinear finite element analysis. It was found that if the transverse stiffener has a sufficient rigidity, then curved web panels used in practical designs are able to develop the postbuckling strength that is equivalent to that of straight girder web panels having the same dimensional and material properties. The nonlinear analysis results indicate that in order for curved web panels to develop the potential postbuckling strength. The rigidity of the transverse stiffener needs to be increased several times the value obtained from the Guide Specifications (AASHTO, 2003). However, in the case of thick web panels where the shear design is governed by shear yielding, the stiffener rigidity does not have to be increased. From the analysis results, a simple design formula is suggested for the rigidity of transverse stiffener under strength limit state.
In this paper, the acoustic performance of an absorptive silencer was enhanced by optimizing an arrangement of multi-layered absorbing materials. The acoustic performance of the silencer was evaluated through transmission loss, and finite element method-based numerical analysis program was employed to calculate the transmission loss. Polyurethane, a porous elastic material frequently used in absorptive silencers, was employed as the absorbing material. The Biot-Allard model was applied, assuming that air is filled inside the polyurethane. By setting the frequency range of interest up to the 2 kHz and the acoustic performance affecting properties of the absorbing materials were investigated when it was composed as a single layer. And the acoustic performance of the silencers with the single and multi-layered absorbing materials was compared with each other based on polyurethane material properties. Subsequently, the arrangement of the absorbing materials was optimized by applying the Nelder-Mead method. The results demonstrated that the average transmission loss improved compared to the single-layered absorptive silencer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.249-257
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2015
A fuel assembly consists of fuel rods composed of pellets (UO2) and a cladding tube (Zircaloy). The role of the fuel rods in the reactor is to generate heat by nuclear fission, as well as to retain fission products during operation. A simulation method using a computer program was used to evaluate the safety of the nuclear fuel rods. This computer program has been called the fuel performance code. In the analysis of a light water reactor fuel rod, the gap conductance, which depended on the distance between the pellets and cladding tube, mainly influenced the thermomechanical behavior of the fuel rod. In this work, a 3D gap element was proposed to simulate the thermo-mechanical behavior of the nuclear fuel rod, considering the gap conductance. To implement the proposed 3D gap element, a 3D thermo-mechanical module was also developed using FORTRAN90. The asymmetric characteristics of the nuclear fuel rod, such as the MPS (missing pellet surface) and eccentricity, were simulated to evaluate the proposed 3D gap element.
Park, Yong-Myung;Park, Jae-Bong;Kim, Dong-Hyun;Choi, Byung-Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.2
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pp.199-210
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2011
The cables in cable-stayed bridges are under high stress and are very sensitive to vibration due to their small section areas compared with other members. Therefore, it is reasonable to evaluate the cable impact factor by taking into account the dynamic effect due to moving-vehicle motion. In this study, the cable impact factors were evaluated via moving-vehicle-load analysis, considering the design parameters, i.e., vehicle weight, cable model, road surface roughness, vehicle speed, longitudinal distance between vehicles. For this purpose, two steel composite cable-stayed bridges with 230- and 540-m main spans were selected. The results of the analysis were then compared with those of the influence line method that is currently being used in design practice. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608, and the convergence of impact factors according to the number of generated road surfaces was evaluated to improve the reliability of the results. A9-d.o.f. tractor-trailer vehicle was used, and the vehicle motion was derived from Lagrange's equation. 3D finite element models for the selected cable-stayed bridges were constructed with truss elements having equivalent moduli for the cables, and with beam elements for the girders and the pylons. The direct integration method was used for the analysis of the bridge-vehicle interaction, and the analysis was conducted iteratively until the displacement error rate of the bridge was within the specified tolerance. It was acknowledged that the influence line method, which cannot consider the dynamic effect due to moving-vehicle motion, could underestimate the impact factors of the end-cables at the side spans, unlike moving-vehicle-load analysis.
Kim, Sung Hoon;Lee, Seung Yong;Choi, Jun Hyeok;Chang, Dong Il
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.9
no.2
s.31
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pp.171-179
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1997
The high-tension bolted joints are clamped by the axial force which approaches the yielding strength. The introduced axial force is transmitted to the connection members pass through washer. The transferred load in connections is balanced to the compressive stress of plates, axial force in bolts and the external loads. In this mechanism, the compressive stress and slip load we dominated by the effective stiffness of bolted joints and plates. In general the effective stiffness is specified to product to the effective area and elasticity modulus in connections. In this reason, the conic projection formular which is assumed that the axial force in bolts is distributed to the cone shape and that region is related to the elastic deformation mechanism in connections, was proposed. But it conclude what kind of formula is justified. Therefore in this paper, the fatigue tests are performed to the high tension bolted joints and inspected to the phase on the friction face. And using the FEM and numerical method, it is analyzed and approximated to the compressive stress distribution and its region. Moreover, it is estimated to the effective area and to the relation the friction area to the effective compressive distribution region.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.5
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pp.79-85
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2017
As the number of patients suffering from Pes Planus increases, research on a correctional insole that can cope with them is increasingly required. Therefore, the design of an insole for Pes Planus Correction was studied using the superelastic effect, which is one of the characteristics of the shape memory alloy in this paper. To design an effective insole, the effect of the contact pressure induced by the insole on the plantar fascia, which is the most important muscle in the foot structure, was evaluated. Three parameters (thickness, max. height and asymmetric ratio) were set as the main design factors of the insole, and the maximum contact pressure appearing on the plantar fascia was calculated by finite element analysis and analyzed using the Taguchi method. As a result of the analysis, it was confirmed that the contact pressure was influenced in the order of max. height, thickness, and asymmetric ratio. In addition, the contact pressure was converted to a feeling pressure that could be felt by a person, and then a safety correction range was established that would not cause any irritation to the plantar fascias, even though the correction effect could be expected. This indicates the best design for the safety correction range. The design method considering the important factors established through this study can form the basis for designing a personalized correctional insole in the future.
The purpose of this study was to investigate the effects of composite resin restorations on the stress distribution of notch shaped noncarious cervical lesion using three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA). Extracted maxillary second premolar was scanned serially with Micro-CT (SkyScan1072 ; SkyScan, Aartselaar, Belgium). The 3D images were processed by 3D-DOCTOR (Able Software Co., Lexington, MA, USA). ANSYS (Swanson Analysis Systems, Inc., Houston, USA) was used to mesh and analyze 3D FE model. Notch shaped cavity was filled with hybrid or flowable resin and each restoration was simulated with adhesive layer thickness ($40{\mu}m$) A static load of 500 N was applied on a point load condition at buccal cusp (loading A) and palatal cusp (loading B). The principal stresses in the lesion apex (internal line angle of cavity) and middle vertical wall were analyzed using ANSYS. The results were as follows 1. Under loading A, compressive stress is created in the unrestored and restored cavity. Under loading B, tensile stress is created. And the peak stress concentration is seen at near mesial corner of the cavity under each load condition. 2. Compared to the unrestored cavity, the principal stresses at the cemeto-enamel junction (CEJ) and internal line angle of the cavity were more reduced in the restored cavity on both load con ditions. 3. In teeth restored with hybrid composite, the principal stresses at the CEJ and internal line angle of the cavity were more reduced than flowable resin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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