This paper describes the crashworthiness evaluation and performance improvement of tilting train made of sandwich composites. The applied sandwich composite of carbody structure was composed of aluminum honeycomb core and glass/epoxy & carbon/epoxy laminate composite facesheet. Crashworthiness analysis of tilting train was carried out using explicit finite element analysis code LS-DYNA 3D. The 3D finite element model and 1D equivalent model were applied to save the finite element modeling and calculation time for crash analysis. The crash conditions of tilting train were conducted according to four crash scenarios of the Korean railway safety law. It found that the crashworthiness analysis results were satisfied with the performance requirements except the crash scenario-2. In order to meet the crashworthiness requirements for crash scenario-2, the stiffness reinforcement for the laminate composite cover and metal frames of cabmask structure was proposed. Consequentially, it has satisfied the requirement for crash scenario-2.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
This paper proposed a new 2-D multi-body dynamic modeling technique to analyze overriding behaviors taking place during train collision. This dynamic model is composed of nonlinear springs, dampers and masses by considering the deformable characteristics of carbodies as well as energy absorbing structures and components. By solving this dynamic model for rollingstock, energy absorbing capacities of collision elements, accelerations of passenger sections, impact forces applied to interconnecting devices, and overriding displacements can be well estimated. For a case study, we chose KHST (Korean High Speed Train), obtained crush characteristic data of each carbody section from 3-D finite element analysis, and established a 2-D multi-body dynamic model. This 2-D dynamic model was simulated under the train-to-train collision scenarios, and evaluated with 3-D virtual testing model. It was founded from the simulation results that this 2-D dynamic model could well predict overriding behaviors, and the modeling technique of carbody deformation was very important in overriding estimation.
The main purpose of this paper is the numerical analysis of the non-linear seismic response of a RC building mock-up. The mock-up is subjected to different synthetic horizontal seismic excitations. The numerical approach is based on a 3D-model involving multilayered shell elements. These elements are composed of several single-layer membranes with various eccentricities. Bending effects are included through these eccentricities. Basic equations are first written for a single membrane element with its own eccentricity and then generalised to the multilayered shell element by superposition. The multilayered shell is considered as a classical shell element : all information about non-linear constitutive relations are investigated at the local scale of each layer, whereas balance and kinematics are checked afterwards at global scale. The non-linear dynamic response of the building is computed with Newmark algorithm. The numerical dynamic results (blind simulations) are considered in the linear and non linear cases and compared with experimental results from shaking table tests. Multilayered shell elements are found to be a promising tool for predictive computations of RC structures behaviour under 3D seismic loadings. This study was part of the CAMUS International Benchmark.
Gabriela G., Machado;Americo Campos, Filho;Paula M., Lazzari;Bruna M., Lazzari;Alexandre R., Pacheco
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.163-177
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2023
The design of segmental bridges, a structure that typically employs precast prestressed concrete elements and the balanced cantilever construction method for the deck, may demand a highly complex structural analysis for increased precision of the results. This work presents a comprehensive numerical analysis of a 3D finite element model using the software ANSYS, version 21.2, to simulate the constructive deck stages of the New Guaiba Bridge, a structure located in Porto Alegre city, southern Brazil. The materials concrete and steel were considered viscoelastic. The concrete used a Generalized Kelvin model, with subroutines written in FORTRAN and added to the main model through the customization tool UPF (User Programmable Features). The steel prestressing tendons used a Generalized Maxwell model available in ANSYS. The balanced cantilever constructive steps of a span of the New Guaiba Bridge were then numerically simulated to follow the actual constructive sequence of the bridge. A comparison between the results obtained with the numerical model and the actual vertical displacement data monitored during the bridge's construction was carried out, showing a good correlation.
Over the past couple decades, externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites have emerged as a repair and strengthening material for many concrete infrastructure applications. This paper presents an analytical investigation of the use of carbon FRP (CFRP) for a specific problem that occurs in concrete bridge girders wherein the girder ends are damaged by excessive exposure to deicing salts and numerous freezing/thawing cycles. A 3D finite element (FE) model of a full scale prestressed concrete (PC) I-girder is used to investigate the effect of damage to the cover concrete and stirrups in the end region of the girder. Parametric studies are performed using externally bonded CFRP shear laminates to determine the most effective repair schemes for the damaged end region under a short shear span-to-depth ratio. Experimental results on shear pull off tests of CFRP laminates that have undergone accelerated aging are used to calibrate a bond stress-slip model for the interface between the FRP and concrete substrate and approximate the reduced bond stress-slip properties associated with exposure to the environment that causes this type of end region damage. The results of these analyses indicate that this particular application of this material can be effective in recovering the original strength of PC bridge girders with damaged end regions, even after environmental aging.
In this paper, three dimensional static and dynamic analyses of two dimensional functionally graded annular sector plates have been investigated. The material properties vary through both the radial and axial directions continuously. Graded finite element and Newmark direct integration methods have been used to solve the 3D-elasticity equations in time and space domains. The effects of power law exponents and different boundary conditions on the behavior of FGM annular sector plate have been investigated. Results show that using 2D-FGMs and graded elements have superiority over the homogenous elements and 1D-FGMs. The model has been compared with the result of a 1D-FGM annular sector plate and it shows good agreement.
A magnet assembly is a critical element of a nuclear magnetic resonance(NMR) based sensor. Magnetic flux density and homogeneity are essential to its optimum performance. Geometry and magnet material properties determine the magnetic flux density and homogeneity of the assembly. This study was carried out to develop the design for a magnet assembly. A 2-D finite element model for the magnetic assembly was developed using ANSYS and evaluated the effects of adding shimming frames and steel bars in the corners of the rectangular steel cover which surrounded the magnet. The assembly was manufactured and evaluated. According to the ANSYS model, modified pole frames increased magnetic flux density by 8.3% and increased homogeneity by 83%. Addition of steel bars in the corners increased the magnetic flux density by 1%, and improved homogeneity up to three times. The difference between simulated and measured magnetic flux densities at the center point of the air gap was within 2.4%.
Gyeong-Gyu Kim;Chan-Hwi Shin;Gyeong-Jo Min;Daisuke Fukuda;Kyong-Pil Jang;Tae-Hyeob Song;Sang-Ho Cho
Explosives and Blasting
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v.42
no.3
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pp.9-22
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2024
As buildings constructed in the 1980s during a period of rapid urbanization and economic growth have aged, the demand for demolition, especially of reinforced concrete structures, has increased. In large-scale structures such as industrial buildings, a mixed approach utilizing both mechanical demolition and explosive demolition methods is being employed. As the demand for demolition rises, so do safety concerns, making structural stability during demolition a crucial issue. In this study, drones and LiDAR were used to collect actual structural data, which was then used to build a simulation model. The analysis method employed was a combination of the Finite Element Method (FEM) and the Discrete Element Method (DEM), known as the Combined Finite-Discrete Element Method (FDEM), which was used to perform dynamic structural analysis during various demolition phases. The results were compared and analyzed with the commercial software ELS to assess its applicability.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.37-44
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1996
When a load such as the mechanical load, the wind load, and the seismic load causing a vibration, acts on the body of the 3-D frameworks with slab, it is required to consider the dynamic behavior of elastic soil as well as that of 3-D structure in the structural analysis. Thus, this study presents the analysis of dynamic behavior using finite element method that is formulated by using a model of the 3-D structure. For the idealization of the actual structure closely into a geometric shape, plate is subdivided into 4-node plate element with the flexibility, beam-column is subdivided into 2-node beam element, and elastic soil is subdivided into 8-node brick element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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