The paper presents an investigation into the mode conversion and scattering characteristics of guided waves at delaminations in laminated composite beams. A three-dimensional (3D) finite element (FE) model, which is experimentally verified using data measured by 3D scanning laser vibrometer, is used in the investigation. The study consists of two parts. The first part investigates the excitability of the fundamental anti-symmetric mode ($A_0$) of guided wave in laminated composite beams. It is found that there are some unique phenomena, which do not exist for guided waves in plate structures, make the analysis become more complicated. The phenomena are observed in numerical study using 3D FE simulations. In the second part, several delaminated composite beams are studied numerically to investigate the mode conversion and scattering characteristics of the $A_0$ guided wave at delaminations. Different sizes, locations and through-thickness locations of the delaminations are investigated in detail. The mode conversion and scattering phenomena of guided waves at the delaminations are studied by calculating reflection and transmission coefficients. The results show that the sizes, locations and through-thickness locations of the delaminations have significant effects on the scattering characteristics of guided waves at the delaminations. The results of this research would provide better understanding of guided waves propagation and scattering at the delaminations in the laminated composite beams, and improve the performance of guided wave damage detection methods.
In this study, the PIC design method with machine learning that automatically assigning different stacking sequences according to loading types was applied bumper beam. The input value and labels of the training data for applying machine learning were defined as coordinates and loading types of reference elements that are part of the total elements, respectively. In order to compare the 2D and 3D implementation method, which are methods of representing coordinate value, training data were generated, and machine learning models were trained with each method. The 2D implementation method is divided FE model into each face and generating learning data and training machine learning models accordingly. The 3D implementation method is training one machine learning model by generating training data from the entire finite element model. The hyperparameter were tuned to optimal values through the Bayesian algorithm, and the k-NN classification method showed the highest prediction rate and AUC-ROC among the tuned models. The 3D implementation method revealed higher performance than the 2D implementation method. The loading type data predicted through the machine learning model were mapped to the finite element model and comparatively verified through FE analysis. It was found that 3D implementation PIC bumper beam was superior to 2D implementation and uni-stacking sequence composite bumper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.2033-2039
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1999
One of the main causes of severe wear or crack initiation in wheel and rail is the contact stress due to wheel-rail contact. In this paper, the shape design based on more reasonable contact stress analysis rather than a general Hertzian contact theory is investigated in order to reduce the contact stress. The optimal design is performed using the simple 2-D finite element model and its results are verified by 3-D finite element analysis.
In this paper, free vibration finite element analysis of axially moving laminated composite beams subjected to axial tension is studied. It is assumed that the beam has a constant axial velocity and is subject to uniform axial tension. The analysis is based on higher-order theories that have been presented by Carrera Unified Formulation (CUF). In the CUF technique, the three dimensional (3D) displacement fields are expressed as the approximation of the arbitrary order of the displacement unknowns over the cross-section. This higher-order expansion is considered in equivalent single layer (ESL) model. The governing equations of motion are obtained via Hamilton's principle. Finally, several numerical examples are presented and the effect of the ply-angle, travelling speed and axial tension on the natural frequencies and beam stability are demonstrated.
The purpose of this study was to analyze how the stability of the implant prostheses and the loosening of the fastening screw was affected when the various types of Hex structure provided for the effect of anti-rotation of the single prostheses were given. Three dimensional finite element model was designed with which the implants with the external hex type of 0.75mm, 1.5mm and the implant with the internal hex type of 0.75mm, 1.5mm and the implant with the external hex type of $15^{\circ}$ tapered shape of 0.75mm were supposed to completely osseointegrate to the mandible. After fininshing the finite element model, the preload of 10N at the fastening screw was applied and then the vertical and $30^{\circ}$ lateral load of 200N was applied respectively at the cusp tips of the prostheses. The following results were obtained : 1. In case of displacement, the amount of displacement was increased at the internal hex type(model C, D) than at the external hex type(model A, B, E) when the vertical and lateral load was applied. 2. Less equivalent stress was represented at the model B with increased external hex height than at the model A when the vertical and lateral load was applied. 3. Much stress was represented at the model E with increased hex angle than at the model A in case of the stress happened to the implant body and the fastening screw when the vertical and lateral load was applied. 4. Much equivalent stress was represented at the model D with deepened internal hex height than at the model C when vertical and lateral load was applied. 5. The least stress was taken at the model B and the most stress was taken at the model D in case of the stress happened to the implant when the vertical and lateral load was applied. 6. The least stress was taken at the model C at the vertical load. And the least stress was taken at the model B at lateral load in case of the stress happened to the fastening screw. As a results of this study, the good lateral stability of prostheses and less stress of the component of implant was taken when the external hex height was increased, and the risk of neck fracture of implant and fastening screw was increased when the internal hex height was deepned because of long screw neck portion and thin implant neck portion.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.826-831
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2001
Electromagnetic forces generate vibrations in the end-winding of large generators. A finite element analysis using a commercial S/W is performed to calculate electromagnetic force of end-winding in two pole generator for 500 MW fossil power plant. Also, this paper presents analytical and experimental modal analysis results of generator end- winding. Using validated FE model, 3D electromagnetic model which computes the forces on the end-winding is coupled with a 3D mechanical model which calculates the dynamic displacement and stress under electromagnetic forces. These results will be used to evaluate reliability of end-winding and applied to update model.
For precise interpretation of magnetotelluric (MT) data distorted by irregular surface terrain, topography effects are investigated by computing apparent resistivities, phases, tippers and induction vectors for a three-dimensional (3D) hill-and-valley model. To compute MT responses for the 3D surface topography model, we use a 3D MT modeling algorithm based on an edge finite-element method which is free from vector parasites. Distortions on the apparent resistivity and phase are mainly caused by distorted currents that flow along surface topography. The distribution of tipper amplitudes over both hill and valley are the same, while the tipper points toward the center of hill and the base of the valley. The real part of induction vector also points in the same direction as that of tipper, while the imaginary part in the opposite direction.
A new finite shear wall element model and a method for calculation of 3D multi-storied only shear walled or shear walled - framed structures using finite shear wall elements assumed ideal elasto - plastic material are developed. The collapse load of the system subjected to factored constant gravity loads and proportionally increasing lateral loads is calculated with a method of load increments. The shape functions over the element are determined as a cubic variation along the story height and a linear variation in horizontal direction because of the rigid behavior of the floor slab. In case shear walls are chosen as only one element in every floor, correct solutions are obtained by using this developed element. Because of the rigid behavior of the floor slabs, the number of unknowns are reduced substantially. While in framed structures, classical plastic hinge hypothesis is used, in nodes of shear wall elements when vertical deformation parameter is exceeded ${\varepsilon}_e$, this node is accepted as a plastic node. While the system is calculated with matrix displacement method, for determination of collapse safety, plastic displacements and plastic deformations are taken as additional unknowns. Rows and columns are added to the system stiffness matrix for additional unknowns.
Fortas, Lahcene;Messai, Abderraouf;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.43
no.1
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pp.31-54
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2022
This paper is concerned with the buckling behavior of functionally graded graphene reinforced porous nanocomposite beams based on the finite element method (FEM) using two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element, and then the critical buckling load is calculated with different porosity distributions and GPL dispersion patterns. After a convergence and validation study to verify the accuracy of the present model, a comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of weight fraction, distribution pattern of GPL reinforcements on the Buckling behavior of the nanocomposite beam. The effects of various structural parameters such as the dispersion patterns for the graphene and porosity, thickness ratio, boundary conditions, and nonlocal and strain gradient parameters are brought out. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams, and the results allows to identify the most effective way to achieve improved buckling behavior of the porous nanocomposite beam.
Kim, Sang-Hyuk;Suh, Hyun-Sang;Cho, Young-Sun;Lee, Won-Hee;Kim, Tae-Seong
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.32
no.4
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pp.305-311
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2011
For effective stimulation with tDCS, spatial focality of induced electrical field(EF) and current density(CD) is one of the important factors to be considered. Recently, there have been some studies to improve the spatial focality via different types of electrodes and their new configurations: some improvements using ring electrodes were reported over the conventional pad electrodes. However, most of these studies assumed isotropic conductivities in the head. In this work, we have investigated the effect of tissue anisotropy on the spatial focality of tDCS with the 4 + 1 ring electrode configuration via a 3-D high-resolution finite element(FE) head model with anisotropic conductivities in the skull and white matter. By examining the profiles of the induced EF from the head models with isotropic and anisotropic conductivities respectively, we found that the spatial focality of the induced EF significantly drops and get diffused due to tissue anisotropy. Our analysis suggests that it is critical to incorporate tissue anisotropy in the effective stimulation of the brain via tDCS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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