PURPOSE. This study was accomplished to assess the biomechanical state of different retaining methods of bar implant-overdenture. MATERIALS AND METHODS. Two 3D finite element models were designed. The first model included implant overdenture retained by Hader-clip attachment, while the second model included two extracoronal resilient attachment (ERA) studs added distally to Hader splint bar. A non-linear frictional contact type was assumed between overdentures and mucosa to represent sliding and rotational movements among different attachment components. A 200 N was applied at the molar region unilaterally and perpendicular to the occlusal plane. Additionally, the mandible was restrained at their ramus ends. The maximum equivalent stress and strain (von Mises) were recorded and analyzed at the bone-implant interface level. RESULTS. The values of von Mises stress and strain of the first model at bone-implant interface were higher than their counterparts of the second model. Stress concentration and high value of strain were recognized surrounding implant of the unloaded side in both models. CONCLUSION. There were different patterns of stress-strain distribution at bone-implant interface between the studied attachment designs. Hader bar-clip attachment showed better biomechanical behavior than adding ERA studs distal to hader bar.
Uluko, H.;Mailutha, J.T.;Kanali, C.L.;Shitanda, D.;Murase, H
Agricultural and Biosystems Engineering
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v.7
no.1
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pp.1-7
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2006
A need exists to monitor and control the localized high temperatures often experienced in solar grain dryers, which result in grain cracking, reduced germination and loss of cooking quality. A verified finite element model would be a useful to monitor and control the drying process. This study examined the feasibility of the finite element method (FEM) to predict temperature distribution in solar grain dryers. To achieve this, an indirect solar grain dryer system was developed. It consisted of a solar collector, plenum and drying chambers, and an electric fan. The system was used to acquire the necessary input and output data for the finite element model. The input data comprised ambient and plenum chamber temperatures, prevailing wind velocities, thermal conductivities of air, grain and dryer wall, and node locations in the xy-plane. The outputs were temperature at the different nodes, and these were compared with measured values. The ${\pm}5%$ residual error interval employed in the analysis yielded an overall prediction performance level of 83.3% for temperature distribution in the dryer. Satisfactory prediction levels were also attained for the lateral (61.5-96.2%) and vertical (73.1-92.3%) directions of grain drying. These results demonstrate that it is feasible to use a two-dimensional (2-D) finite element model to predict temperature distribution in a grain solar dryer. Consequently, the method offers considerable advantage over experimental approaches as it reduces time requirements and the need for expensive measuring equipment, and it also yields relatively accurate results.
In this study, 3D Meso-scale finite-element model is presented to study the mechanical behavior of steel microfiber-reinforced polymer concrete considering the random distribution of fibers in the matrix. The composite comprises two separate parts which are the polymer composite and steel microfibers. The polymer composite is assumed to be homogeneous, which its mechanical properties are measured by performing experimental tests. The steel microfiber-polymer bonding is simulated with the Cohesive Zone Model (CZM) to offer more-realistic assumptions. The CZM parameters are obtained by calibrating the numerical model using the results of the experimental pullout tests on an individual microfiber. The accuracy of the results is validated by comparing the obtained results with the corresponding values attained from testing the steel microfiber-reinforced polymer concrete incorporating 0, 1 and 2% by volume of microfibers, which indicates the excellent accuracy of the current proposed model. The results show that the microfiber aspect ratio has a considerable effect on the mechanical properties of the reinforced polymer concrete. Applying microfibers with a higher aspect ratio improves the mechanical properties of the composite considerably especially when the first crack appears in the polymer concrete specimens.
Precision control of the slab is crucial for product quality and production economy in hot strip mills. The current study presents a new model for predicting width spread of a slab with a rectangular cross section during roughing. The model is developed on the basis of the extremum principle for a rigid plastic material and a three dimensional admissible velocity field. This model incorporates the effect of process variables such as the shape factor and the ratio of width to thickness. We compare the results of this model to 3-D finite element (FE) process simulations and also to results from a previous study.
The static analysis of structures with arbitrary cross-section geometry and material lamination via a refined one-dimensional (1D) approach is presented in this paper. Higher-order 1D models with a variable order of expansion for the displacement field are developed on the basis of Carrera Unified Formulation (CUF). Classical Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories are obtained as particular cases of the first-order model. Numerical results of displacement, strain and stress are provided by using the finite element method (FEM) along the longitudinal direction for different configurations in excellent agreement with three-dimensional (3D) finite element solutions. In particular, a layered thin-walled cylinder is considered as first assessment with a laminated conventional cross-section. An atherosclerotic plaque is introduced as a typical structure with arbitrary cross-section geometry and studied for both the homogeneous and nonhomogeneous material cases through the 1D variable kinematic models. The analyses highlight limitations of classical beam theories and the importance of higher-order terms in accurately detecting in-plane cross-section deformation without introducing additional numerical problems. Comparisons with 3D finite element solutions prove that 1D CUF provides remarkable three-dimensional accuracy in the analysis of even short and nonhomogeneous structures with arbitrary geometry through a significant reduction in computational cost.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2001.10a
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pp.129-133
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2001
A finite element-based, integrated process model is presented for a three dimensional, coupled analysis of the thermo-mechanical behavior of the strip and work roll in the continuous hot strip rolling. The validity of the proposed model is examined through comparison with measurements. The effect of Edge-Heater on the finishing delivery temperatures is examined by using the present model. The models capability of revealing the effect of diverse process parameters is demonstrated through a series of process simulation.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.75-83
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2023
For three-dimensional finite element welding residual stress simulation, several methods are available. Two widely used methods are the moving heat source model using heat flux and the temperature boundary condition model using the temperature profile of the welded beads. However, each model has pros and cons in terms of calculation times and difficulties in determining welding parameters. In this paper, a new method using the moving temperature profile model is proposed to perform efficiently 3-D FE welding residual stress analysis for large structures. Comparison with existing experimental residual stress measurement data of two-pass welding pipe and SNL(Sandia National Laboratories) mock-up canister shows the accuracy and efficiency of the proposed method.
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Park, Young-Geun;Hwang, Jai-Hyuk;Kim, Seok-Woo;Jang, Moon-Seok;Bae, Jae-Sung
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.4
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pp.11-16
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2006
The wind turbine rotor blade is faced with various aeroelastic problem as rotor blades become bigger and lighter by the use the composite material. The aeroelastic analysis of a wind turbine rotor blade requires its aerodynamic model and structural model. For effective aeroelastic analysis, it is required the simple and effective structural model of the blade. In the present study, we introduce the effective equivalent structural modeling of the blade for aeroelastic analysis. The equivalent beam model of the composite blade based on its 3D finite element model is established. The free vibration analysis shows that the equivalent beam model of the blade is equivalent to its 3D finite element model.
In most framed structures the nonlinearities and the damages are localized, extending over a limited length of the structural member. In order to capture the details of the local damage, the segments of a member that have entered the nonlinear range may need to be analyzed using the three-dimensional element (3D) model whereas the rest of the member can be analyzed using the simpler one-dimensional (1D) element model with fewer degrees of freedom. An Element-Coupling model was proposed to couple the small scale solid 3D elements with the large scale 1D beam elements. The mixed dimensional coupling is performed imposing the kinematic coupling hypothesis of the 1D model on the interfaces of the 3D model. The analysis results are compared with test results of a reinforced concrete pipe column and a structure consisting of reinforced concrete columns and a steel space truss subjected to static and dynamic loading. This structure is a reduced scale model of a direct air-cooled condenser support platform built in a thermal power plant. The reduction scale for the column as well as for the structure was 1:8. The same structures are also analyzed using 3D solid elements for the entire structure to demonstrate the validity of the Element-Coupling model. A comparison of the accuracy and the computational effort indicates that by the proposed Element-Coupling method the accuracy is almost the same but the computational effort is significantly reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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