Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1237-1242
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2011
The A detailed 3D finite-element analysis model of a human foot has been developed by converting CT scan images to 3D CAD models in order to analyze the distribution of plantar pressure. The 3D foot model includes all muscles, bones, and skin. On the basis of this model and the pressure distribution results, shoes for diabetes patients, which can make the plantar pressure distribution uniform, may be designed through finite-element contact analysis.
Yun, Gun-Jin;Harmon, Thomas G.;Dyke, Shirley J.;So, Migeum
Computers and Concrete
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v.5
no.3
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pp.217-241
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2008
In this paper, a total strain-based hysteretic material model based on MCFT is proposed for non-linear finite element analysis of reinforced concrete structures. Although many concrete models have been proposed for simulating behavior of structures under cyclic loading conditions, accurate simulations remain challenging due to uncertainties in materials, pitfalls of crude assumptions of existing models, and limited understanding of failure mechanisms. The proposed model is equipped with a fully generalized hysteresis rule and is formulated for 2D plane stress non-linear finite element analysis. The proposed model has been formulated in a tangent stiffness-based finite element scheme so that it can be used for most general finite element analysis packages. Moreover, it eliminates the need to check that tensile stresses can be transmitted across a crack. The tension stiffening model is a function of the bar orientation and any orientation can be accommodated. The proposed model has been verified with a series of experimental results of 2D RC planar panels. This study also demonstrates how parameters of the proposed model associated with cyclic damage modeling influences the pinched cyclic shear behavior.
A finite element model is presented for the analysis of composite steel-concrete beams based on a refined high-order theory. The employed theory satisfies all the kinematic and stress continuity conditions at the layer interfaces and considers effects of the transverse normal stress and transverse flexibility. The global displacement components, described by polynomial or combinations of polynomial and exponential expressions, are superposed on local ones chosen based on the layerwise or discrete-layer concepts. The present finite model does not need the incorporating any shear correction factor. Moreover, in the present $C^1$-continuous finite element model, the number of unknowns is independent of the number of layers. The proposed finite element model is validated by comparing the present results with those obtained from the three-dimensional (3D) finite element analysis. In addition to correctly predicting the distribution of all stress components of the composite steel-concrete beams, the proposed finite element model is computationally economic.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.66-69
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2005
Mechanical strength of functionally graded composite plates that composed of ceramic, functionally graded material and metal layers is investigated using 3-D finite element method. In FGM layer, material properties are assumed to be varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The 3-D finite element model is adopted by using an IS-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties in the thickness direction. Numerical results are compared with those of the previous works. In addition, the displacements, the tensile stresses and the compressive stresses are analyzed for the variation of FGM thickness ratio and volume fraction distribution.Mechanical strength of functionally graded composite plates that composed of ceramic, functionally graded material and metal layers is investigated using 3-D finite element method. In FGM layer, material properties are assumed to be varied continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of a ceramic and metal. The 3-D finite element model is adopted by using an IS-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties in the thickness direction. Numerical results are compared with those of the previous works. In addition, the displacements, the tensile stresses and the compressive stresses are analyzed for the variation of FGM thickness ratio and volume fraction distribution.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.170-174
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2002
In this study, the material characterization and the dynamic behavior of 3D orthogonal woven composite materials has been studied under transverse central low-velocity impact condition by means of the micromechanical model using finite elements. To build up the micromechanical model considering tow spacing and waviness, an accurate unit structure is stacked in x-y-z direction repeatedly. First, the mechanical properties of 3D orthogonal woven composites are obtained by means of virtual experiment using full scale Finite Element Analysis based on the DNS concepts, and the computed elastic properties are validated by comparison to available experimental results[9]. Second, using the implementation of this validated micromechanical model, 3D transient finite-element analysis is performed considering contact and impact, and the impact behavior of 3D orthogonal woven composite is investigated. A comparison study will be carried out in terms of energy absorption capabilities.
In this study, a new equivalent modeling technique of rollingstock for 1-D collision dynamics was proposed using crash analysis of 3-D finite element model in some detail. To obtain good simulation results of 1-D dynamic model, the force-deformation curves of crushable structures should be well modelled with crash analysis of 3-D finite element model. Up to now, the force-deformation curves of the crushable structures have been extracted from crash analyses of sectionally partitioned parts of the carbody, and integrated into 1-D dynamic model. However, the results of the 1-D model were not satisfactory in terms of crash accelerations. To improve this problem, the force-deformation curves of the crushable structures were extracted from collision analysis of a simplified train consist in this study. A comparative study applying the suggested technique shows in good agreements in simulation results between two models for KHST.
Asl, Mohammad Hossein Habashizadeh;Chenaglou, Mohammad Reza;Abedi, Karim;Afshin, Hassan
Steel and Composite Structures
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v.15
no.3
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pp.281-298
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2013
Composite special moment frame is one of the systems that are utilized in areas with low to high seismicity to deal with earthquake forces. Composite moment frames are composed of reinforced concrete columns (RC) and steel beams (S); therefore, the connection region is a combination of steel and concrete materials. In current study, a three dimensional finite element model of composite connections is developed. These connections are used in special composite moment frame, between reinforced concrete columns and steel beams (RCS). Finite element model is discussed as a most reliable and low cost method versus experimental procedures. Based on a tested connection model by Cheng and Chen (2005), the finite element model has been developed under cyclic loading and is verified with experimental results. A good agreement between finite element model and experimental results was observed. The connection configuration contains Face Bearing Plates (FBPs), Steel Band Plates (SBPs) enveloping around the RC column just above and below the steel beam. Longitudinal column bars pass through the connection with square ties around them. The finite element model represented a stable response up to the first cycles equal to 4.0% drift, with moderately pinched hysteresis loops and then showed a significant buckling in upper flange of beam, as the in test model.
Hyeonggeun Jo;Ilkwang Jang;Yeong Gil Jo;Dae Ha Kim;Yong Hoon Jang
Tribology and Lubricants
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v.39
no.3
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pp.118-122
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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.
This article presents the numerical modelling of transient heat transfer in highly heterogeneous composite materials where the thermal conductivity, specific heat and density are assumed to be directional-dependent. This article uses a coupled finite element-finite difference scheme to perform the transient heat transfer analysis of unidirectional (1D) and multidirectional (2D/3D) functionally graded composite panels. Here, 1D/2D/3D functionally graded structures are subjected to nonuniform heat source and inhomogeneous boundary conditions. Here, the multidirectional functionally graded materials are modelled by varying material properties in individual or in-combination of spatial directions. Here, fully spatial-dependent material properties are evaluated using Voigt's micromechanics scheme via multivariable power-law functions. The weak form is obtained through the Galerkin method and solved further via the element-space and time-step discretisation through the 2D-isoparametric finite element and the implicit backward finite difference schemes, respectively. The present model is verified by comparing it with the previously reported results and the commercially available finite element tool. The numerous illustrations confirm the significance of boundary conditions and material heterogeneity on the transient temperature responses of 1D/2D/3D functionally graded panels.
This paper proposes a precise mathematical model for the prediction of the variation of the roll force across a strip in cold rolling. It further describes the deformation characteristics of the strip using a 3-D finite element method. The different features of hot rolling and cold rolling through a 3-D finite element method are shown. The predicted roll force profile and tension profile are verified through comparison with the prediction from a 3-D finite element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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