Superplastic forming/diffusion bonding (SPF/DB) processes were analyzed using a 3-D rigid visco-plastic finite element method. A constant-triangular element based on membrane approximation and an incremental theory of plasticity are employed for the formulation. The coulomb friction law is used for interface friction between tool and material. Pressure-time relationship for a given optimal strain rate is calculated by stress and pressure values at the previous iteration step. In order to improve the contact searching, hierarchical search algorithm has been applied and implemented into the code. Various geometries including sandwich panel and 3 sheet shape for 3-D SPF/DB model are analyzed using the developed program. The validity fer the analysis is verified by comparison between analysis and results in the literature.
Objective: The aim of this study was to evaluate the strain induced in the cortical bone surrounding an orthodontic microimplant during insertion. Methods: A 3D finite element method was used to model the insertion of a microimplant (AbsoAnchor SH1312-7, Dentos Co., Daegu, Korea) Into 1 mm thick cortical bone with a pre-drilled hole of 0.9 mm in diameter. A total of 1,800 analysis steps was used to simulate the 10 turns and 5 mm advancement of the microimplant. A series of remesh in the cortical bone was allowed to accommodate the change in the geometry accompanied by the implant insertion. Results: Bone strains of well higher than 4,000 microstrain, the reported upper limit for normal bone remodeling, was observed in the bone along the whole length of the microimplant. At the bone in the vicinity of the screw tip, strains of higher than 100% was recorded. The insertion torque was calculated at approximately 1.2 Ncm which was slightly lower than those measured from the animal experiment using rabbit tibias. Conclusions: The insertion process of a microimplant was successfully simulated using the 3D finite element method which showed that bone strains from a microimplant insertion might have a negative impact on physiological remodeling of bone.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.401.2-401
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2002
An unconstrained tuning fork with a 3-D model has been numerically analyzed by Finite Element Method (FEM) and Boundary Element Method (BEM). The first three natural frequencies were calculated by the FEM modal analysis. Then the change of the modal frequencies was examined with the variation of the tuning fork length and width. (omitted)
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.496-500
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1997
This paper describes an automated system for analyzing the stress intensity factors(SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. A geometry model, i.e.a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delauuay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack fornt are shifted at the quarter-points are automatically placed along the 3D crack front. THe complete finite element (FE) model generated, i.e the mesh with material properties and boundary conditions is given to one of the commercial FE codes, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. To demonstrate practical performance of the present system, a semi- elliptical surface crack in a plate subjected to tension is solved.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.1
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pp.122-126
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2008
Integrating a 3D solid modeler with a general purpose FEM code, an automatic stress intensity factor analysis system of the 3D crack problems has been developed. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated and quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. Finally, the complete finite element(FE) model generated, and a stress analysis is performed. This paper describes the methodologies to realize such functions, and demonstrates the validity of the present system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.533-539
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2009
In this study, the femur, the tibia, the articular cartilage and the menisci are three dimensionally reconstructed using MR images of healthy knee joint in full extension of 26-year-old male. Three dimensional finite element model of the knee joint is fabricated on the reconstructed model. Also, the FE models of ligaments and tendons are attached on the biologically suitable position of the FE model. Bones, articular cartilages and menisci are considered as homogeneous, isotropic and linear elastic materials, and ligaments and tendons are modeled as truss element and nonlinear elastic springs. The numerical results show the contact pressure and the von Mises stress distribution in the soft tissues such as articular cartilages and menisci which can be regarded as important parameters to estimate the failure of the tissues and the pain of the patients.
In this study, stress and deflection behaviours of T-type welding joint applied to HE200M steel beam and column were investigated in finite element method (FEM) under different distributed loads. In the 3D-FEM modelling, glue option was used to contact between steel materials and weld nuggets. Geometrical model was designed as 3-dimensional solid in ANSYS software program. After that, homogeneous, linear and isotropic properties were used to design to materials of model. Solid-92 having 3-dimensional, 4 faced and 10-noded was selected as element type. In consequence of mesh operation, elements of 13285 and nodes of 28086 were occurred. Load distribution was applied to top surface of steel beam to determine behaviours of stress and deflection. As a result of FEM analysis applied with the loads of 55,000 N, 110,000 N and 220,000 N, maximum values were obtained as 116 N/$mm^2$, 232 N/$mm^2$ and 465 N/$mm^2$ for stress and obtainedas 1,083 mm, 2,166 mm and 4.332 mm for deflection, respectively. When modelling results and classical calculation values were compared, it was obtained difference of 10 % for stress values and 2.5% for deflection values.
The use of short implants has been accepted risky from biomechanical point of view. However, short implants appear to be a long term viable solution according to recent clinical reports. The purpose of this study was to investigate the effect of different diameter and length of implant size to the different type of bone on the load distribution pattern. Stress analysis was performed using 3-dimensional finite element analysis(3D-FEA). A three-dimensional linear elastic model was generated. All implants modeled were of the various diameter(${\phi}4.0$, 4.5, 5.0 and 6.0 mm) and varied in length, at 7.0, 8.5 and 10.0 mm. Each implant was modeled with a titanium abutment screw and abutment. The implants were seated in a supporting D2 and D4 bone structure consisting of cortical and cancellous bone. An amount of 100 N occlusal load of vertical and $30^{\circ}$ angle to axis of implant and to buccolingual plane were applied. As a result, the maximum equivalent stress of D2 and D4 bones has been concentrated upper region of cortical bone. As the width of implant is increased, the equivalent stress is decreased in cancellous bone and stress was more homogeneously distributed along the implants in all types of bone. The short implant of diameter 5.0mm, 6.0mm showed effective stress distribution in D2 and D4 bone. The oblique force of 100N generated more concentrated stress on the D2 cortical bone. Within the limitations of this study, the use of short implant may offer a predictable treatment method in the vertically restricted sites.
Restorative procedures can lead to weakening tooth due to reduction and alteraton of tooth structure. It is essential to prevent fractures to conserve tooth. Among the several parameters in cavity designs, cavity isthmus and depth are very important. In this study, MO amalgam cavity was prepared on maxillary first premolar. Three dimensional. finite element models were made by serial photographic method and cavity depth(1.7mm, 2.4mm) and isthmus (11 4, 1/3, 1/2 of intercuspal distance) were varied. linear, eight and six-nodal, isoparametric brick elements were used for the three dimensional finite element model. The periodontal ligament and alveolar bone surrounding the tooth were excluded in these models. Three types model(B, G and R model) were developed. B model was assumed perfect bonding between the restoration and cavity wall. Both compressive and tensile forces were distributed directly to the adjacent regions. G model(Gap Distance: 0.000001mm) was assumed the possibility of play at the interface simulated the lack of real bonding between the amalgam and cavity wall (enamel and dentin). When compression occurred along the interface, the forces were transferred to the adjacent regions. However, tensile forces perpendicular to the interface were excluded. R model was assumed non-connection between the restoration and cavity wall. No force was transferred to the adjacent regions. A load of 500N was applied vertically at the first node from the lingual slope of the buccal cusp tip. This study analysed the displacement, von Mises stress, 1 and 2 direction normal stress and strain with FEM software ABAQUS Version 5.2 and hardware IRIS 4D/310 VGX Work-station. The results were as follows: 1. G model showed stress and strain patterns between Band R model. 2. B model and G model showed the bending phenomenon in the displacement. 3. R model showed the greatest amount of the displacement of the buccal cusp followed by G and B model in descending order. G model showed the greatest amount of the displacement of the lingual cusp followed by B and R model in descending order. 4. B model showed no change of the displacement as increasing depth and width of the cavity. G and R model showed greater displacement of the buccal cusp as increasing depth and width of the cavity, but no change in the displacement of the lingual cusp. 5. As increasing of the width of the cavity, stress and strain were not changed in B model. Stress and strain were increased on the distal marginal ridge and buccopulpal line angle in G and R model. The possibility of the tooth fracture was increased. 6. As increasing of the depth of the cavity, stress and strain were not changed in B and G model. Stress and strain were increased on the distal marginal ridge and buccopulpal line angle in R model. The possibility of the tooth fracture was increased.
Elastomeric o-ring performance and structure when subjected to a foreign object is studied using finite element analysis (FEA). Elastomeric o-rings have been studied using 2D analysis for a long time. Contact pressure is an important factor in o-ring design. When contact pressure is lower than applied pressure, leaking, vibration, and noise can occur; resulting in decreased output. In this study, we compared 2D and 3D analyses of elastomeric o-rings. Similar results were shown for 2D and 3D contact pressure. However, when an o-ring encounters foreign object matter, 3D analysis is required because contact pressure in every direction needs to be considered. We determined the influence of foreign matter on o-ring performance and structure by analyzing 10 cases with different clearances in a 3D model. Therefore, an o-ring encountering foreign object matter must be analyzed in 3D with the result included in the o-ring design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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