Considering the increasing use of tubular profiles in civil construction, this paper highlights the study on the behavior of welded connections between square hollow section column and I-beam, with emphasis on the assessment of the joint stiffness. Firstly, a theoretical analysis of the welded joints has been done focusing on prescriptions of the technical literature for the types of geometries mentioned. Then, a numerical analysis of the proposed joints were performed by the finite element method (FEM) with the software ANSYS 16.0. In this study, two models were evaluated for different parameters, such as the thickness of the cross section of the column and the sizes of cross section of the beams. The first model describes a connection in which one beam is connected to the column in a unique bending plane, while the second model describes a connection of two beams to the column in two bending planes. From the numerical results, the bending moment-rotation ($M-{\varphi}$) curve was plotted in order to determine the resistant bending moment and classify each connection according to its rotational capacity. Furthermore, an equation was established with the aim of estimating the rotational stiffness of welded I beam-to-RHS column connections, which can be used during the structure design. The results show that most of the connections are semi-rigid, highlighting the importance of considering the stiffness of the connections in the structure design.
In this research, a high-elasticity acrylic emulsion binder with core-shell polymerization and self-crosslinking system is mixed with a flame-retardant water-dispersed polyurethane (PUD) binder. In addition, finite element analysis was conducted through virtual engineering software ANSYS by applying three representative nonlinear material models. The most suitable nonlinear material model was selected after the relative comparison between the actual experimental values and the predicted values of the properties derived from simulations. The selected nonlinear material model is intended to be used as a nonlinear material model for computational simulation analysis that simulates the experimental environment of the vibration test (ASTM E1399) and the actual fire safety test (ASTM E1966). When the mass fraction of thermally expandable graphite was 0.7%, the thermal and physical properties were the best. Among the nonlinear material models, the simulation result of the Ogden model showed the closest value to the actual result.
Ali Ihsan Celik;Mehmet Metin Kose;Ahmet Celal Apay
Earthquakes and Structures
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v.27
no.2
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pp.97-111
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2024
In this paper, buckling conditions and retrofitting of cylindrical steel water storage tanks with different roof types and wall thicknesses were investigated by using finite element method. Four roof types of cylindrical steel tanks which are open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed and three wall thicknesses of 4, 6 and 8 mm were considered in FE modeling of cylindrical steel tanks. The roof shapes significantly affect load distribution on the tank shell under the seismic action. Composite FRP materials are widely used for winding thin-walled cylindrical steel structures. The retrofitting efficiency of cylindrical steel water tank is tested under the seismic loading with the externally bonded CFRP laminates. In retrofitting of cylindrical steel tank, the CFRP composite material coating method was used to improve of seismic performance of cylindrical steel tanks. ANSYS software was used to analyze the cylindrical steel tanks and maximum equivalent (von-Mises) and directional deformation were obtained. Equivalent (von-Mises) stresses significantly decreased due to the coating of the tank shell with FRP composite material. In thin-walled steel structures, excessive stress causes buckling and deformations. Therefore, retrofitting led to decrease in stress, reductions in directional and buckling deformation of the open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed tanks.
Ultrasound has been widely used in various industrial fields. One of challenging application areas is cooling microelectronics. Ultrasonic cooling systems can work with air, argon (Ar) and nitrogen (N2) instead of conventional refrigerant such as freon gas, which can cause global warming. Furthermore, ultrasonic systems do not have moving parts, thus high durability can be obtained. So it is necessary to develop ultrasonic cooling systems due to environmental issues and durability points. In this paper, the design and fabrication processes are explained. When designing the system, a feasibility test was performed with a prototype cooler. Based on the result, finite element analysis with ANSYS software was performed. The predicted anti-resonance frequency for a piezoelectric actuator was 34.8 kHz, which was in good agreement with the experimental result of 34.6 kHz with 0.6% error. In addition, the predicted anti-resonance frequency for the ultrasonic waveguide was 39.4 kHz, which also agreed well with the experimental value of 39.8 kHz with 1.0% error. Based on these results, the developed ultrasonic waveguide might be applicable in microchip cooling.
Kang, Eun Hye;Kim, Young Chul;Kim, Myung Soo;Baek, Tae Hyun
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.3
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pp.411-419
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2017
Stress concentration is one of the causes of the damage due to the large stress than the mean stress acting on the bar. This paper presents the results for stress of a stepped bar with a hole under torsional loading. The analysis for stress concentration and shearing stress was done by ANSYS Workbench which is a commercial finite element analysis software. The analysis results on fillet and hole are increased as the distance between them are become close. In addition, the distribution of the maximum equivalent stress developed in the fillet and hole in the outside range of the specific distance L (-100 mm ~ 300 mm) was almost constant in the models used in the analysis. On the other hand, the distribution of the maximum equivalent stress developed in the fillet and hole in the inside range of the specific distance L (-100 mm ~ 300 mm) was rapidly increasing and decreasing the change in the models used in the analysis. In addition, it was also possible to identify the location where the differences between equivalent stresses of hole and fillet occurred within a specific distance L (-100 mm ~ 300 mm). The analysis results of paper can used when selecting a hole location in a stepped bar under torsional loading.
The purpose of this study was to analyze the stress distribution of the natural teeth, the implant, the prosthesis and the supporting tissue according to the types of implant and connection modality in the five-unit fixed partial denture with a implant pier abutment. A Two dimensional stress analysis model was constructed to represent a mandible missing the first and second premolars and first molar. The model contained a canine and second molar as abutment teeth and implant pier abutments with and without stress-absorbing element. Finite element models were created and analyzed using software ANSYS 4.4A for IBM 32bit personal computer. The results obtained were as follows. 1. Implant group, compared to the natural teeth group, showed a maximum principal stress at the superior portion of implants and a stress concentration at :he neck and end portion. 2. Maximum principal stress and maximum Von Mises stress were always lower in the case of rigid connection than nonrigid connection. 3. A cylinder type implant with stress absorbing element and screw type implant were generally similar in the stress distribution pattern. 4. A screw type implant, compared to the cylinder type implant, showed a relatively higher stress concentration at both neck and end portion of it. 5. Load B cases showed higher stress concentration on the posterior abutments in the case of nonrigid connector than rigid connector. 6. A maximum displacement was always lower in the case of rigid connection than nonrigid connection. These results suggest that osseointegrated implant can be used as an intermediate abutment.
Bazzaz, Mohammad;Andalib, Zahra;Kheyroddin, Ali;Kafi, Mohammad Ali
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.917-937
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2015
During a seismic event, a considerable amount of energy is input into a structure. The law of energy conservation imposes the restriction that energy must either be absorbed or dissipated by the structure. Recent earthquakes have shown that the use of concentric bracing system with their low ductility and low energy dissipation capacity, causes permanent damage to structures during intense earthquakes. Hence, engineers are looking at bracing system with higher ductility, such as chevron and eccentric braces. However, braced frame would not be easily repaired if serious damage has occured during a strong earthquake. In order to solve this problem, a new bracing system an off-centre bracing system with higher ductility and higher energy dissipation capacity, is considered. In this paper, some numerical studies have been performed using ANSYS software on a frame with off-centre bracing system with optimum eccentricity and circular element created, called OBS_C_O model. In addition, other steel frame with diagonal bracing system and the same circular element is created, called DBS_C model. Furthermore, linear and nonlinear behavior of these steel frames are compared in order to introduce a new way of optimum performance for these dissipating elements. The obtained results revealed that using a ductile element or circular dissipater for increasing the ductility of off-centre bracing system and centric bracing system is useful. Finally, higher ductility and more energy dissipation led to more appropriate behavior in the OBS_C_O model compared to DBS_C model.
Akhaveissy, A.H.;Desai, C.S.;Mostofinejad, D.;Vafai, A.
Computers and Concrete
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v.11
no.2
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pp.123-148
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2013
The nonlinear finite element method with eight noded isoparametric quadrilateral element for concrete and two noded element for reinforcement is used for the prediction of the behavior of reinforcement concrete structures. The disturbed state concept (DSC) including the hierarchical single surface (HISS) plasticity model with associated flow rule with modifications is used to characterize the constitutive behavior of concrete both in compression and in tension which is named DSC/HISS-CT. The HISS model is applied to shows the plastic behavior of concrete, and DSC for microcracking, fracture and softening simulations of concrete. It should be noted that the DSC expresses the behavior of a material element as a mixture of two interacting components and can include both softening and stiffening, while the classical damage approach assumes that cracks (damage) induced in a material treated acts as a void, with no strength. The DSC/HISS-CT is a unified model with different mechanism, which expresses the observed behavior in terms of interacting behavior of components; thus the mechanism in the DSC is much different than that of the damage model, which is based on physical cracks which has no strength and interaction with the undamaged part. This is the first time the DSC/HISS-CT model, with the capacity to account for both compression and tension yields, is applied for concrete materials. The DSC model allows also for the characterization of non-associative behavior through the use of disturbance. Elastic perfectly plastic behavior is assumed for modeling of steel reinforcement. The DSC model is validated at two levels: (1) specimen and (2) practical boundary value problem. For the specimen level, the predictions are obtained by the integration of the incremental constitutive relations. The FE procedure with DSC/HISS-CT model is used to obtain predictions for practical boundary value problems. Based on the comparisons between DSC/HISS-CT predictions, test data and ANSYS software predictions, it is found that the model provides highly satisfactory predictions. The model allows computation of microcracking during deformation leading to the fracture and failure; in the model, the critical disturbance, Dc, identifies fracture and failure.
The purpose of this study was to investigate the effects of composite resin restorations on the stress distribution of notch shaped noncarious cervical lesion using three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA). Extracted maxillary second premolar was scanned serially with Micro-CT (SkyScan1072 ; SkyScan, Aartselaar, Belgium). The 3D images were processed by 3D-DOCTOR (Able Software Co., Lexington, MA, USA). ANSYS (Swanson Analysis Systems, Inc., Houston, USA) was used to mesh and analyze 3D FE model. Notch shaped cavity was filled with hybrid or flowable resin and each restoration was simulated with adhesive layer thickness ($40{\mu}m$) A static load of 500 N was applied on a point load condition at buccal cusp (loading A) and palatal cusp (loading B). The principal stresses in the lesion apex (internal line angle of cavity) and middle vertical wall were analyzed using ANSYS. The results were as follows 1. Under loading A, compressive stress is created in the unrestored and restored cavity. Under loading B, tensile stress is created. And the peak stress concentration is seen at near mesial corner of the cavity under each load condition. 2. Compared to the unrestored cavity, the principal stresses at the cemeto-enamel junction (CEJ) and internal line angle of the cavity were more reduced in the restored cavity on both load con ditions. 3. In teeth restored with hybrid composite, the principal stresses at the CEJ and internal line angle of the cavity were more reduced than flowable resin.
A roller compacted concrete (RCC) dam should be analyzed under seismic ground motions for different conditions such as empty reservoir and full reservoir conditions. This study presents three-dimensional earthquake response and performance of a RCC dam considering materially non-linearity. For this purpose, Cine RCC dam constructed in Aydın, Turkey, is selected in applications. The three-dimensional finite element model of Cine RCC dam is obtained using ANSYS software. The Drucker-Prager material model is considered in the materially nonlinear time history analyses for concrete and foundation rock. Furthermore, hydrodynamic effect was investigated in linear and non-linear dynamic analyses. Researchers observe that how the tensile and compressive stresses change by hydrodynamic pressure effect. The hydrodynamic pressure of the reservoir water is modeled with the fluid finite elements based on the Lagrangian approach. In this study, dam body and foundation are modeled with welded contact. The displacements and principle stress components obtained from the linear and non-linear analyses with and without reservoir water are compared each other. Principle stresses during earthquake were obtained at the most critical point in the upstream face of dam body. Besides, the change of displacements and stresses by crest length were investigated. Moreover demand-capacity ratio criteria were also studied under linear dynamic and nonlinear analysis. Earthquake performance analyses were carried out for different cases and evaluated. According to linear and nonlinear analysis, hydrodynamic water effect is obvious in full reservoir situation. On the other hand, higher tensile stresses were observed in linear analyses and then non-linear analyses were performed and compared with each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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