Objective : To investigate the biomechanical effects of a newly proposed Interspinous Process Compressor (IPC) and compare with pedicle screw fixation at surgical and adjacent levels of lumbar spine. Methods : A three dimensional finite element model of intact lumbar spine was constructed and two spinal fusion models using pedicle screw fixation system and a new type of interspinous devices, IPC, were developed. The biomechanical effects such as range of motion (ROM) and facet contact force were analyzed at surgical level (L3/4) and adjacent levels (L2/3, L4/5). In addition, the stress in adjacent intervertebral discs (D2, D4) was investigated. Results : The entire results show biomechanical parameters such as ROM, facet contact force, and stress in adjacent intervertebral discs were similar between PLIF and IPC models in all motions based on the assumption that the implants were perfectly fused with the spine. Conclusion : The newly proposed fusion device, IPC, had similar fusion effect at surgical level, and biomechanical effects at adjacent levels were also similar with those of pedicle screw fixation system. However, for clinical applications, real fusion effect between spinous process and hooks, duration of fusion, and influence on spinous process need to be investigated through clinical study.
Theoretical and numerical assessments of approximate evaluations and simplified analyses of piezoelectric structures transverse shear modal effective electromechanical coupling coefficient (EMCC) are presented. Therefore, the latter is first introduced theoretically and its approximate evaluations are reviewed; then, three-dimensional (3D) and simplified two-dimensional (2D) plane-strain (PStrain) and plane-stress (PStress) piezoelectric constitutive behaviors of electroded shear piezoceramic patches are derived and corresponding expected short-circuit (SC) and open-circuit (OC) frequencies and resulting EMCC are discussed; next, using a piezoceramic shear sandwich beam cantilever typical benchmark, a 3D finite element (FE) assessment of different evaluation techniques of the shear modal effective EMCC is conducted, including the equipotential (EP) constraints effect; finally, 2D PStrain and PStress FE modal analyses under SC and OC electric conditions, are conducted and corresponding results (SC/OC frequencies and resulting effective EMCC) are compared to 3D ones. It is found that: (i) physical EP constraints reduce drastically the shear modal effective EMCC; (ii) PStress and PStrain results depend strongly on the filling foam stiffness, rendering inadequate the use of popular equivalent single layer models for the transverse shear-mode sandwich configuration; (iii) in contrary to results of piezoelectric shunted damping and energy harvesting popular single-degree-of-freedom-based models, transverse shear modal effective EMCC values are very small in particular for the first mode which is the common target of these applications.
Frank, Timothy E.;Lepech, Michael D.;Billington, Sarah L.
Computers and Concrete
/
제22권3호
/
pp.305-317
/
2018
Steel reinforced Engineered Cementitious Composite (ECC) components have been proposed for seismic structural applications, for example in coupling beams, infill panels, joints, columns, and flexural members. The development of strain in the steel reinforcement of cementitious components has been shown to vary based on both the steel reinforcement ratio and the applied deformation history. Strain in the steel reinforcement of reinforced ECC components is an important structural response metric because ultimate failure is often by fracture of the steel reinforcement. A recently proposed bond-slip model has been successfully calibrated to cyclically tested reinforced ECC beams wherein the deformation history contained monotonically increasing cycles. This paper reports simulations of two-dimensional finite element models of reinforced ECC beams to determine the appropriateness and significance of altering a phenomenological bond-slip model based on the applied deformation history. The numerical simulations with various values of post-peak bond-slip softening stiffness are compared to experimental results. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness had little effect on the cracking patterns and hysteretic response of the reinforced ECC flexural models tested, which consisted of two different steel reinforcement ratios subjected to two different deformation histories. Varying the post-peak bond-slip softening stiffness did, however, affect the magnitude of strain and the length of reinforcing bar that strain-hardened. Overall, a numerical model with a constant bond-slip model represented well various responses in reinforced ECC beams with multiple steel reinforcement ratios subjected to different deformation histories.
Finite element analyses of structures made of the fiber reinforced composites require an adequate method to characterize the high anisotropic behavior induced by one or several layers of fiber cords with different spatial orientation embedded in a rubber matrix. This paper newly proposes a continuum based rebar element considering change of the orientation of the fiber during deformation of the composite. The mechanical behavior of the embedded fiber is modeled using two-node bar elements in order to consider the relative deformation and spatial orientation of the embedded fiber. For improvement of the analysis accuracy, the load-displacement curve of fiber is applied to the stiffness matrix of fiber. A finite element program is constructed based on the total Lagrangian formulation considering both geometric and material nonlinearity. Finite element analyses of the tensile test are carried out in order to evaluate the validity of the proposed method. Analysis results obtained with the proposed method provides realistic representation of the fiber reinforced rubber composite compared to results of other two models by the Halpin-Tsai equation and a rebar element in ABAQUS/Standard.
Hyeonggeun Jo;Ilkwang Jang;Yeong Gil Jo;Dae Ha Kim;Yong Hoon Jang
Tribology and Lubricants
/
제39권3호
/
pp.118-122
/
2023
In our study, we develop a finite element model based on Archard's wear law to predict the cumulative wear and the evolution of the tool profile in friction stir welding (FSW) applications. Our model considers the rotational and translational behaviors of the tool, providing a comprehensive description of the wear process. We validate the accuracy of our model by comparing it against experimental results, examining both the predicted cumulative wear and the resulting changes to the tool profile caused by wear. We perform a detailed comparison between the predictions of the model and experimental data by manipulating non-dimensional coefficients comprising model parameters, such as element sizes and time increments. This comparison facilitates the identification of a specific non-dimensional coefficient condition that best replicates the experimentally observed cumulative wear. We also directly compare the worn tool profiles predicted by the model using this specific non-dimensional coefficient condition with the profiles obtained from wear experiments. Through this process, we identify the model settings that yield a tool wear profile closely aligning with the experimental results. Our research demonstrates that carefully selecting non-dimensional coefficients can significantly enhance the predictive accuracy of finite element models for tool wear in FSW processes. The results from our study hold potential implications for enhancing tool longevity and welding quality in industrial applications.
PURPOSE. The aim of the present study was to compare the stress distributions on the dental implants, abutments, and bone caused by different overdenture attachment types under functional chewing forces. MATERIALS AND METHODS. The 3D finite element models of the mandible, dental implants, attachment types, and prostheses were prepared. In accordance with a conventional dental implant supported overdenture design, the dental implants were positioned at the bone level in the canine teeth region bilaterally. A total of eight models using eight different attachment systems were used in this study. All the models were loaded to simulate chewing forces generated during the centric relationship (450 N), lateral movement (400 N), protrusive movement (400 N), and also in the presence of a food mass unilaterally (200 N). Stress outputs were obtained as the maximum principal stress and the equivalent von-Mises stress. RESULTS. In all attachment types, higher stress values were observed in the abutments, dental implants, and bone in the magnet attachments in different loading conditions. The highest stress values were observed among the magnet systems in the components of the Titanmagnetics model in all loading conditions (stresses were 15.4, 17.7, and 33.1 MPa on abutment, dental implant, and bone, respectively). The lowest stress value was observed in the models of Zest and O-Ring attachments. CONCLUSION. The results of the present study implied that attachment types permitting rotation and tolerating various angles created lower stresses on the bone, dental implants, and abutments.
A 3D human ventricular model is proposed to simulate an integrative analysis of heart physiology and blood hemodynamics. This consists of the models of electrophysiology of human cells, electric wave propagation of tissue, heart solid mechanics, and 3D blood hemodynamics. The 3D geometry of human heart is discretized to a finite element mesh for the simulation of electric wave propagation and mechanics of heart. In cellular level, excitations by action potential are simulated using the existing human model. Then the contraction mechanics of a whole cell is incorporated to the excitation model. The excitation propagation to ventricular cells are transiently computed in the 3D cardiac tissue using a mono-domain method of electric wave propagation in cardiac tissue. Blood hemodynamics in heart is also considered and incorporated with muscle contraction. We use a PISO type finite element method to simulate the blood hemodynmaics in the human ventricular model.
Gamino, Andre Luis;Bittencourt, Tulio Nogueira;de Oliveira e Sousa, Jose Luiz Antunes
Computers and Concrete
/
제6권3호
/
pp.187-202
/
2009
This paper focuses on the flexural behavior of RC beams externally strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) fabric. A non-linear finite element (FE) analysis strategy is proposed to support the beam flexural behavior experimental analysis. A development system (QUEBRA2D/FEMOOP programs) has been used to accomplish the numerical simulation. Appropriate constitutive models for concrete, rebars, CFRP and bond-slip interfaces have been implemented and adjusted to represent the composite system behavior. Interface and truss finite elements have been implemented (discrete and embedded approaches) for the numerical representation of rebars, interfaces and composites.
The aim of this study was biomechanical analysis of shelf operation in patients with dysplastic hip joint by finite element contact analysis. Two dimensional CT images were used to construct the finite element models to analyze the contact pressure, and the 3D expansion of the Ninomiya's method was used in the calculation of the resultant force in the hip joint. The surgery recovered the center-edge angles to the normal anatomical range and increased the contact areas in two patients. The maximum contact pressures and von-mises stresses were decreased. The present study provides the biomechanical guideline of optimal surgical parameters to maximize the surgical efficiency and the clinical outcomes in dysplastic hip joint using the shelf operation.
In this study, finite element modeling and structural vibration analyses of a gyrocopter have been conducted considering dynamic hub-loads due to rotating blades. For this research, 3D CATIA models for most mechanical parts are exactly prepared and assembled into the final aircraft configuration. Then the dynamic finite element model including several non-structural parts are constructed based on the exact 3D CAD data. Computational structural dynamics technique based on finite element method is applied using both MSC/NASTRAN and developed in-house code which can largely reduce the pre and postprocessing time of general transient dynamic analyses. Modal based transient and frequency response analyses are used to efficiently investigate vibration characteristics. The results include natural frequency comparison for different fuel and pilot conditions, fundamental natural mode shapes, frequency responses and transient acceleration responses of the present gyrocopter model.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.