A new theoretical approach for analysis of stress around a tensioned anchor in rock is presented in this paper. The solution has been derived for semi-infinite elastic rock and anchor and for plane strain conditions. The method considers both the anchor head bearing plate and its grouted bond length embedded in depth. The solution of the tensioned rock anchor problem is obtained by superimposing the solutions of two simpler but fundamental problems: A distributed load applied at a finite portion (bearing plate area) of the rock surface and a distributed shear stress applied at the anchor-rock interface along the bond length. The solution of the first problem already exists and the solution of the shear stress distributed along the bond length is found in this study. To acquire a deep understanding of the stress distribution around a tensioned anchor in rock, an illustrative example is solved and stress contours are drawn for stress components. In order to verify the results obtained by the proposed solution, comparisons are made with finite difference method (FDM) results. Very good agreements are observed for the teoretical results in comparison with FDM.
There are many plain concrete arch bridges in Iran that have been used as railway bridges for more than seventy years. Owe to the fact that these bridges have not been designed seismically, and even may be loaded under high-speed trains, evaluation of fundamental frequencies of the bridges against earthquake and high-speed train vibrations is necessary for considering dynamics effects. To evaluate complex behavior of these bridges, results of field tests are useful. Since it is not possible to perform field tests for all arch bridges, these structures should be simulated correctly by computers for structural assessment. Several parameters are employed to describe the bridges, such as number of spans, length of spans, geometrical and material properties. In this study, results of field tests are used for modal analysis and adapted for 64 three dimensional finite element models with various physical parameters. Computer simulations show length of spans has important effect on fundamental frequencies of plain concrete arch bridge and modal deformations of bridges is in longitudinal and transverse directions. Also, these results demonstrate that fundamental frequencies of bridges decrease after increasing span length and number of spans. Plus, some relations based in the number of spans (n) and span length (l) are proposed for calculation of fundamental frequencies of plain concrete arch bridge.
Composite steel plate deep beam (CDB) is proposed as a lateral resisting member, which is constructed by steel plate and reinforced concrete (RC) panel, and it is connected with building frame through high-strength bolts. To investigate the seismic performance of the CDB, tests of two 1/3 scaled specimens with different length-to-height ratio were carried out under cyclic loads. The failure modes, load-carrying capacity, hysteretic behavior, ductility and energy dissipation were obtained and analyzed. In addition, the nonlinear finite element (FE) models of the specimens were established and verified by the test results. Besides, parametric analyses were performed to study the effect of length-to-height ratio, height-to-thickness ratio, material type and arrangement of RC panel. The experimental and numerical results showed that: the CDBs lost their load-carrying capacity because of the large out-of plane deformation and yield of the tension field formed on the steel plate. By increasing the length-to-height ratio of steel plate, the load-carrying capacity, elastic stiffness, ductility and energy dissipation capacity of the specimens were significantly enhanced. The ultimate loading capacity increased with increasing the length-to-height ratio of steel plate and yield strength of steel plate; and such capacity increased with decreasing of height-to-thickness ratio of steel plate and gap. Finally, a unified formula is proposed to calculate their ultimate loading capacity, and fitting formula on such indexes are provided for designation of the CDB.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.10
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pp.30-40
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2013
In this study the method based on flux linkage in cell was introduced in calculation of eddy currents by cell method. According to this method eddy current distribution and the loss can be evaluated and since the shielding effectiveness by flux cancelation of eddy current can be analyzed, this method is applicable to design of conductive shield. And also the formula of shielding factor were so deduced as to be applicable to finite-width infinite-length shielding sheets and infinite-length underground cable shield. These formula are adaptable to magnetic materials as well as conductive materials. As the results of calculation in model shields are follows. In case of finite-width infinite-length shielding sheet, shielding effectiveness increases with increasing of conductivity. In case of infinite-length underground cable shield, the effectiveness become higher with increasing of permeability. Especially the effectiveness is very high in materials with both high conductivity and permeability in underground cable shield.
Two dimensional analysis on the triangular fin for both the insulated fin tip and non-insulated fin tip and one dimensional analysis on that when the temperature of the fin tip is finite are made. The effect of the fin tip is shown by comparing the heat loss from the fin and the temperature along the fin length varing the non-dimensional fin length and Biot number for each three cases. The results are following. When the non-dimensional fin length is very short, the relative error of the heat loss from the fin with insulated fin tip to that from the fin with non-insulated fin tip is very high. The value of the temperature variation along the non-dimensional fin length is minimum for the finite fin tip temperature using one dimensional analysis and is maximum for the insulated fin tip using two dimensional anaysis.
In this work, we have employed the strain gradient plasticity theory to investigate the effect of material size on the deformation behavior in metal forming process. Flow stress is expressed in terms of strain, strain gradient (spatial derivative of strain) and intrinsic material length. The least square method coupled with strain gradient plasticity was used to calculate the components of strain gradient at each element of material. For demonstrating the size effect, the proposed approach has been applied to plane compression process and micro rolling process. Results show when the characteristic length of the material comes to the intrinsic material length, the effect of strain gradient is noteworthy. For the microcompression, the additional work hardening at higher strain gradient regions results in uniform distribution of strain. In the case of micro-rolling, the strain gradient is remarkable at the exit section where the actual reduction of the rolling finishes and subsequently strong work hardening take places at the section. This results in a considerable increase in rolling force. Rolling force with the strain gradient plasticity considered in analysis increases by 20% compared to that with conventional plasticity theory.
In the present study, a Finite Element Model has been developed and used to study the effect of diameter to wall thickness ratio (D/t) of steel tube filled with concrete under axial loading on its behavior and load carrying capacity. The model is verified by comparing its findings with available experimental results. Influence of thickness and area of steel tube on strength, ductility, confinement and failure mode shapes has been studied. Strength enhancement factors, load factor, confinement contribution, percentage of steel and ductility index are defined and introduced for the assessment. A parametric study by varying length and thickness of tube has been carried out. Diameter of tube kept constant and equals to 140 mm while thickness has been varied between 1 mm and 6 mm. Equations were developed to find out the ultimate load and confined concrete strength of concrete. Variation of lateral confining pressure along the length of concrete cylinder was obtained and found that it varies along the length. The increase in length of tubes has a minimal effect on strength of tube but it affects the failure mode shapes. The findings indicate that optimum use of materials can be achieved by deciding the thickness of steel tube. A better ductility index can be obtained with the use of higher thickness of tube.
The objective of this study is to develop an accurate and robust two-dimensional finite element method for turbulence simulation in open channels. The model is based on Streamline Upwind/Petrov-Galerkin finite element method and Boussinesq's eddy viscosity theory. The method developed in the study is depth-averaged mixing length model which assumes anisotropic and local equilibrium state of turbulence. The model calibration and validation were performed by comparing with analytical solutions and observed data. Several numerical simulations were carried out, which examined the performance of the turbulence model for the purpose of sensitivity analysis. The uniform channels that appear horizontal flow and vertical flow were carried out. The model was also applied to the Han river was in for the applicability test. The results were compared with the observed data. The suggested model displayed reasonable flow distribution compare to the observed data in natural river flow. As a result of this study, the two-dimensional finite element model provides a reliable results for flow distribution based on the turbulence simulation in open channels.
Park, Jun-Soo;Lee, Sung-Bok;Kwon, Kung-Rock;Woo, Yi-Hyung
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.45
no.4
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pp.444-456
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2007
Statement of problem: Implant inclination and cantilever loading increse loads distributed to implants, potentially causing biomechanical complications. Controversy exists regarding the effect of the intentionally distal-inclined implant for the reduction of the cantilever length. Purpose: This study investigated the stress distribution at the bone/implant interface and prostheses with 3D finite element stress analysis by using four different cantilever lengths and implant inclinations in a mandibular implant-supported bar overdenture. Material and methods: Four 3-D finite element models were created in which 4 implants were placed in the interforaminal area and had four different cantilver lengths(10, 6.9, 4 and 1.5mm) and distal implant inclinations$(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ respectively. Vortical forces of 120N and oblique forces of 45N were applied to the molar area. Stress distribution in the bone around the implant was analysed under different distal implant inclinations. Results: Analysis of the von Mises stresses for the bone/implant interfaces and prostheses revealed that the maximum stresses occurred at the most distal bone/implant interface and the joint of bar and abutment, located on the loaded side and significantly incresed with the implant inclinations, especially over $45^{\circ}$. Conclusion: Within the limitations of this study, it was suggested that too much distal inclination over 45 degrees can put the implant at risk of overload and within the dimension of the constant sum of a anterior-posterior spread and cantilever length, a distal implant inclination compared to cantilever length had the much larger effect on the stress distribution at the bone/implant interface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3441-3453
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1996
A finite element anlaysis is performed for large deformations of a felxible beam. The total Lagrangian formulation for a general large deformation, which involves finite rotations, is chosen and the exponential map is used to treat finite rotations from the Eulerian point of view. The finite elements results are confirmed for several cases of deformations through comparison to a first order elasticity solution obtained by numerical integration, and the agreement between the two is found to be excellent. For lateral buckling, the point of vanishing determinant of the resulting unsymmetric tangent stiffness is traced to examine its relationship to bifurcation points. It is found that the points of vanishing determinant is not corresponding to bifurcation points for large deformation in general, which suggests that the present unsymmetric tangent stiffness is not an exact first derivative of internal forces with respect to displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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