Ran Feng;Tao Yang;Zhenming Chen;Krishanu Roy;Boshan Chen;James B.P. Lim
Steel and Composite Structures
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v.46
no.3
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pp.353-366
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2023
This paper presents a finite-element analysis (FEA) of aluminum alloy rectangular hollow sections (RHSs) and square hollow sections (SHSs) with circular through-openings under three-point and four-point bending. First, a finite-element model (FEM) was developed and validated against the corresponding test results available in the literature. Next, using the validated FE models, a parametric study comprising 180 FE models was conducted. The cross-section width-to-thickness ratio (b/t) ranged from 2 to 5, the hole size ratio (d/h) ranged from 0.2 to 0.8 and the quantity of holes (n) ranged from 2 to 6, respectively. Third, results obtained from laboratory test and FEA were compared with current design strengths calculated in accordance with the North American Specifications (NAS), the modified direct strength method (DSM) and the modified Continuous strength method (CSM). The comparison shows that the modified CSM are conservative by 15% on average for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings subject to bending. Finally, a new design equation is proposed based on the modified CSM after being validated with results obtained from laboratory test and FEA. The proposed design equation can provide accurate predictions of flexural capacities for aluminum alloy RHSs and SHSs with circular through-openings.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.6
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pp.199-209
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2000
Particles reinforced MMCs have higher specific modulus, higher specific strength, better properties at elevated temperatures and better wear resistance than monolithic metals. But the coefficient of thermal expansion(CTE) of Al6061 is 5 times larger than that of SiCp. The discrepancy of CTE makes some residual stresses inside of MMCs. This work investigates Si$C_p$/Al6061 composites at high temperatures in the microscopic view by three-dimensional elasto-plastic finite element analyses and compares the analytical results with the experimental ones. The theoretical model is not able to consider the nonuniform shape of particle. So the shape of particle is assumed to be perfect global shape. And also particle distribution is not homogeneous in experimental specimen. It is assumed to be homogeneous in simulation model. The type of particle distribution is face-centered cubic array(FCC array). Furthermore, non-homogeneous distribution is modeled by combination of several volume fractions.
A three dimensional nonlinear finite element analysis is used to study the influence of various design decisions for tieback walls. The numerical model simulates the soldier piles and the tendon bonded length of the anchors with beam elements, the unbonded tendon with a spring element, the wood lagging with the shell elements, and the soil with solid 3D nonlinear elements. The soil model used is a modified hyperbolic model with unloading hysteresis. The complete sequence of construction is simulated including the excavation, and the placement and stressing of the anchors. The numerical model is calibrated against a full scale instrumented tieback wall at the National Geotechnical Experimentation Site (NGES) on the Riverside Campus of Texas A&M University. Then a parametric study is conducted. The results give information on the influence of the following factors on the wall behavior : location of the first anchor, length of the tendon unbonded zone, magnitude of the anchor forces, embedment of the soldier piles, stiffness of the wood lagging, and of the piles. The implications in design are discussed.
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.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.210-221
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2009
A new foundation type which is called Top-Base method has been used frequently in engineering practices in Korea. In this study, the settlement behavior of concrete Top-Base foundation on soft ground is investigated since the consolidation settlement of the embedding depth and the effect of footing dimensions are not included in current Korean criterion (2007). To obtain detailed information, the model tests of the Top-Base foundation are performed using the PLAXIS 3D finite element analysis. It is shown that in-situ measurements and finite element analysis of the behavior of foundations indicate that consolidation settlement is reduced up and bearing capacity of the foundation increases up to 50%~100%, compared to the primary non-treated ground. Based on this study, it is found that the Top-Base foundation prevents the lateral deformation of soft ground and reduces its negative dilatancy to the surface settlement, and that the foundation creates rather uniform stress distribution under it to increase its bearing capacity. It is also found that the total settlement of Top-Base foundation was highly dependent on the consolidation settlement and footing configurations.
The behavior of a piled raft system in multi-layered soil subjected to vertical loading has been studied numerically using 3D finite element analysis. Initially, the 3D finite element model has been validated by analytically simulating the field experiments conducted on vertically loaded instrumented piled raft. Subsequently, a comprehensive parametric study has been conducted to assess the performance of a combined piled raft system in terms of optimum pile spacing and settlement of raft and piles, in multi-layered soil stratum subjected to vertical loading. It has been found that a combined pile raft system can significantly reduce the total settlement as well as the differential settlement of the raft in comparison to the raft alone. Two different arrangements below the piled raft with the same pile numbers show a significant amount of increase of load transfer of piled raft system, which is in line with the load transfer mechanism of a piled raft. A methodology for the factor of safety assessment of a combined pile raft foundation has been presented to improve the performance of piled raft based on its serviceability requirements. The findings of this study could be used as guidelines for achieving economical design for combined piled raft systems.
The large container ships and fast patrol boats are complex marine structures. Therefore, their global mechanical behaviour has long been modeled mostly by refined beam theories. Important issues of cross section warping and bending-torsion coupling have been addressed by introducing special functions in these theories with inherent assumptions and thus compromising their robustness. The 3D solid Finite Element (FE) models, on the other hand, are accurate enough but pose high computational cost. In this work, different marine vessel structures have been analysed using the well-known Carrera Unified Formulation (CUF). According to CUF, the governing equations (and consequently the finite element arrays) are written in terms of fundamental nuclei that do not depend on the problem characteristics and the approximation order. Thus, refined models can be developed in an automatic manner. In the present work, a particular class of 1D CUF models that was initially devised for the analysis of aircraft structures has been employed for the analysis of marine structures. This class, which was called Component-Wise (CW), allows one to model complex 3D features, such as inclined hull walls, floors and girders in the form of components. Realistic ship geometries were used to demonstrate the efficacy of the CUF approach. With the same level of accuracy achieved, 1D CUF beam elements require far less number of Degrees of Freedom (DoFs) compared to a 3D solid FE solution.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.701-704
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2003
Scoliosis is a complex musculoskeletal dieses requiring 3-D treatment with surgical instrumentation. Conventional corrective surgery for scoliosis was done based on empirical knowledge without information of the optimum position and operative procedure. Frequently, post operative change of rib hump increase and shoulder level imbalance caused serious problems in the view of cosmetics. To investigate the effect of correction surgery, a reconstructed 3-D finite element model for King-Moe type V was developed. Vertebrae, clavicle and other bony element were represented using rigid bodies. Kinematic joints and nonlinear bar elements used to represent the intervertebral disc and ligaments according to reported experimental data. With this model, optimization technique was also applied in order to define the optimal magnitudes of correction. The optimization procedure corrected the scoliotic deformities by reducing the objective function by more than 94%. with an associated reduction of the scoliotic descriptors mainly on the frontal thoracic curve.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.8
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pp.1253-1260
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2001
Transient thermal analysis of a three-dimensional axisymmetric automotive disk brake is presented in this paper. Temperature fields are obtained using a hybrid FFT-FEM scheme that combines Fourier transform techniques and finite element method. The use of a fast Fourier transform algorithm can avoid singularity problems and lead to inexpensive computing time. The transformed problem is solved with finite element scheme for each frequency domain. Inverse transforms are then performed for time domain solution. Numerical examples are presented for validation tests. Comparisons with analytical results show very good agreement. Also, a 3-D simulation, based upon an automotive brake disk model is performed.
This Study is a structure analysis about twin lift telescopic Spreader that usually loading and unloading a container in harbor. Applied load is assumed by lifting 65tons that is the maximum weight of real container. The finite element analysis for 3D model is performed by ABAQUS/Standard. We made an estimate of safety by evaluating the results of the finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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