Song, Seong-Il;Ahn, Sung Wook;Kim, Young Geul;Kim, Hyun-Gyu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1191-1198
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2015
In this paper, we develop simplified finite element (FE) models for butt-, lap- and T-welded joints by performing numerical and experimental experiments. Three-point bending tests of butt- and lap-welded specimens are performed to obtain the stiffness of the specimens and the strains at points near the welding beads. Similarly the stiffness and strains of T-welded specimen are measured by applying a point load at the end of the specimen. To develop simplified FE models, we consider the shape parameters of width, thickness and the angle of weld elements in the numerical simulations. The shape parameters of the simplified FE models are determined by building linear regression models for the experimental data sets.
The research comprehensively studies the axial compression performance of T-shaped concrete-filled thin-walled steel tubular (CTST) long columns after fire exposure. Initially, a series of tests investigate the effects of heating time, load eccentricity, and stiffeners on the column's performance. Furthermore, Finite Element (FE) analysis is employed to establish temperature and mechanical field models for the T-shaped CTST long column with stiffeners after fire exposure, using carefully determined key parameters such as thermal parameters, constitutive relations, and contact models. In addition, a parametric analysis based on the numerical models is conducted to explore the effects of heating time, section diameter, material strength, and steel ratio on the axial compressive bearing capacity, bending bearing capacity under normal temperature, as well as residual bearing capacity after fire exposure. The results reveal that the maximum lateral deformation occurs near the middle of the span, with bending increasing as heating time and eccentricity rise. Despite a decrease in axial compressive load and bending capacity after fire exposure, the columns still exhibit desirable bearing capacity and deformability. Moreover, the obtained FE results align closely with experimental findings, validating the reliability of the developed numerical models. Additionally, this study proposes a simplified design method to calculate these mechanical property parameters, satisfying the ISO-834 standard. The relative errors between the proposed simplified formulas and FE models remain within 10%, indicating their capability to provide a theoretical reference for practical engineering applications.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.600-604
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1997
Knowledge of the complex biomechanical behavior of the human mandible is of great importance in various clinical situations. Various approaches can be used to evaluate the physical behavior of bone. In this study, we developed the voxel mesh program(Bionix) and generated FE models of mandible using Bionix and using handmade work and compared them with free vibration results derived from finite element analysis(FEA). The data of FE models based on DICOM File exported from Computed tomography(CT). Comparing the two models, we found a good correlation about mode type and natural frequency. The voxel based finite element mesh is a valid and accurate method to predict parameters of the complex biomechanical behavior of human mandibles.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.1074-1077
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2002
Biomechanical behavior of the human femur is very important in various clinical situations. In this study, the data of FE models based on DICOM file exported from Computed tomography(CT). We generated FE models(voxel model, tetra model) of human femur using CT slide image. We compared them with Yon Mises stress results derived from finite element analysis(FEA). Comparing the two models, we found a correlation of them. As a result, the tetra model based proposed marching cube algorithm is a valid and accurate method to predict parameters of the complex biomechanical behavior of human femur.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.2
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pp.175-183
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2016
A poroelastic composite material, containing different material phases and filled with fluids, serves as a model to formulate the overall ablative behaviors of such materials. This article deals with the assessment of variation in nondeterministic poroelastic properties of two-phase composite materials using micromechanical representative volume element (RVE) models. Considering the configuration and arrangement of pores in a matrix phase, various RVEs are modeled and analyzed according to their porosity. In order to quantitatively investigate the effects of microstructure, changes in effective elastic moduli and poroelastic parameters are measured via finite element (FE) analysis. The poroelastic parameters are calculated from the effective elastic moduli and the pore-pressure-induced strains. The reliability of the numerical results is verified through image-based FE models with the actual shape of pores in carbon-phenolic ablative materials. Additionally, the variation of strain energy density is measured, which can possibly be used to evaluate microstress concentrations.
In this paper, to assess the performance of a multi-span simply supported RC bridge, the dynamic characteristics of the bridge were measured and determined by structural health monitoring and resilient assessment via operational modal analysis as well as FE modeling. Supporting finite element (FE) models were created and analyzed according to the design drawings. This study used 2D plane monitoring of locations of hole in the infill wall and used 3D health monitoring and resilient assessment. From the results of 3Dsymmetric frame, if the frame is unsymmetrical, the used model can lead to the reduction in the internal forces. The recommendations from this study is from some discrepancies observed between 2D and 3D models, if possible 3D model should be used in analyzing the real frames.
An efficient finite element method has been introduced for analysis of metallic sandwich plates subject to bending moment. A full model 3-point bending FE-analysis shows that the plastic behavior of inner structures appears only at the load point. The unit structures of sandwich plates are defined to numerically calculate the bending stiffness and strength utilizing the recurrent boundary condition for pure bending analysis. The equivalent models with the same bending stiffness and strength of full models are then designed analytically. It is demonstrated that the results of both models are almost the same and the FE-analysis method incorporating the equivalent models can reduce the computation time effectively. The dominant collapse modes are face buckling and face yielding. Since the inner dimpled structures prevent face buckling, sandwich plates with inner dimpled shell structure can absorb more energy than other types of sandwich plates during the bending behavior.
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.
To study oceanic and meteorological problems related to climate change, Korea has been operating several ocean research stations (ORSs). In 2011, the Gageocho ORS was attacked by Typhoon Muifa, and its structural members and several observation devices were severely damaged. After this event, the Gageocho ORS was rehabilitated with 5 m height to account for 100-yr extreme wave height, and the vibration measurement system was equipped to monitor the structural vibrational characteristics including natural frequencies and modal damping ratios. In this study, a mass reallocation method is presented for structural model updating of the Gageocho ORS based on the experimentally identified natural frequencies. A preliminary finite element (FE) model was constructed based on design drawings, and several of the candidate baseline FE models were manually built, taking into account the different structural conditions such as corroded thickness. Among these candidate baseline FE models, the most reasonable baseline FE model was selected by comparing the differences between the identified and calculated natural frequencies; the most suitable baseline FE model was updated based on the identified modal properties, and by using the pattern search method, which is one of direct search optimization methods. The mass reallocation method is newly proposed as a means to determine the equivalent mass quantities along the height and in a floor. It was found that the natural frequencies calculated based on the updated FE model was very close to the identified natural frequencies. In conclusion, it is expected that these results, which were obtained by updating a baseline FE model, can be useful for establishing the reference database for jacket-type offshore structures, and assessing the structural integrity of the Gageocho ORS.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.851-863
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2002
Recent industrial requirements for highly precise shape processing have brought the electric discharge machining (EDM) in great need. High precision in EDM is primarily achieved by high performance controllers. However there exists inherent precision loss due to structural micro-deformation. On this background, we study structural deformation characteristics of wire cut EDM via finite element (FE) analysis and axiomatic design. Two different wire cut EDMs are selected as analysis models. 3D CAD package I-Deas is first used to construct FE models of wire cut EDMs, and then ABAQUS FE code is used for following structural analysis. Pertinency of FE mesh refinement is discussed in terms of η -factor. It is shown that performance accuracy of EDM depends strongly on the structural characteristics. Some design enhancements are suggested in an axiomatic design point of view. Finally we provide weight and temperature induced displacement discrepancies between wire end points as position functions of each subframe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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