In the present study, the elasto-plastic analysis of prismatic plate structures subjected to pure bending is carried out using the finite strip method. The end cross-sections of the structure are assumed to remain plane during deformation, and the compatibility along corner lines is ensured by choosing proper displacement functions. The effects of both the initial geometrical imperfections and residual stresses due to fabrication are included in the combined geometrically and materially nonlinear simulation. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modelling the elasto-plastic behavior of material. Newton-Raphson iterations are carried out as the rotation of the end cross sections of the structure is increased step by step. The parameter representing the overall axial strain of structure is adjusted constantly during the iteration process in order to eliminate the resulting overall axial force on any cross-section of the structure in correspondence with the assumption of zero axial force in pure bending. Several numerical examples are presented to validate the present method and to investigate the effects of some material and geometrical parameters.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.154-161
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2007
Hot spot phenomenon that occurs, during judder vibration, is locally concentrated heat due to friction between brake disk and pad. It is important to understand the reason behind hot spot phenomenon, for reduction of judder vibration. In this experimental study, experiments were performed in accordance with rotation speed of brake disk, pressure of master cylinder and pad length for achieving different aspects of hot spot phenomenon. Temperature distribution of hot spot was obtained by using the infrared camera. As the hot spot occurred, vibration was measured and frequency analysis was performed. Finite element analysis of thermal deformation of disk was performed by using temperature distribution that was achieved by experimental results. And mode shapes of disk was analyzed by finite element analysis and compared with experimental results. It was observed that the excitation frequency band of frictional contact and frictional force mainly affects the hot spot phenomenon.
Estimation of accumulated rotational angles and settlements are critical in design of wind turbine foundation. However, there have been few exploring the response of bucket foundation to long-term cyclic loading. We performed a series of three-dimensional finite element analyses of bucket foundations installed in sands. An empirical formulation which captures the stiffness degradation observed in cyclic triaxial tests implemented into the finite element analysis in the form of a user subroutine. Using the stiffness degradation model the accumulated rotation and displacement of bucket foundation were calculated. Additionally, important factors affecting the response under cyclic loading were assessed.
A gas turbine is the main equipment of a power plant that generates electricity by high-speed rotation of the rotor in a high-temperature environment. In particular, in the case of medium to large-sized gas turbines, the rotor is composed of a plurality of stages, and each component is exposed to different physical environments. Especially, in the case of the tip clearance of the turbine, it is a very important factor in the performance of the design items and the operation of the stable turbine, and a design considering the physical behavior of all major parts should be done. In this study, we will discuss the process of visualizing the physical behavior of turbine operating conditions and the method of designing tip clearance for stable operation by using commercial finite element analysis program for gas turbine assembly model and single product.
PURPOSE. The aim of the present study was to compare the stress distributions on the dental implants, abutments, and bone caused by different overdenture attachment types under functional chewing forces. MATERIALS AND METHODS. The 3D finite element models of the mandible, dental implants, attachment types, and prostheses were prepared. In accordance with a conventional dental implant supported overdenture design, the dental implants were positioned at the bone level in the canine teeth region bilaterally. A total of eight models using eight different attachment systems were used in this study. All the models were loaded to simulate chewing forces generated during the centric relationship (450 N), lateral movement (400 N), protrusive movement (400 N), and also in the presence of a food mass unilaterally (200 N). Stress outputs were obtained as the maximum principal stress and the equivalent von-Mises stress. RESULTS. In all attachment types, higher stress values were observed in the abutments, dental implants, and bone in the magnet attachments in different loading conditions. The highest stress values were observed among the magnet systems in the components of the Titanmagnetics model in all loading conditions (stresses were 15.4, 17.7, and 33.1 MPa on abutment, dental implant, and bone, respectively). The lowest stress value was observed in the models of Zest and O-Ring attachments. CONCLUSION. The results of the present study implied that attachment types permitting rotation and tolerating various angles created lower stresses on the bone, dental implants, and abutments.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1C
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pp.53-62
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2008
A constitutive model, which can simulate the effect of principal stress rotation associated with direct simple shear test, is proposed in this study. The model is based on two mobilized planes. The plastic strains occur from the two mobilized planes, and depend on stress state, and they are added. The first plane is a plane of maximum shear stress, which rotates about the horizontal axis, and the second plane is a horizontal plane which is spatially fixed. The second plane is used to consider the effect of principal stress rotation on simple shear tests under different stress states. The soil skeleton behavior observed in drained simple shear tests is captured in the model. This constitutive model is incorporated into the dynamic coupled stress-flow finite difference program FLAC. The model is first calibrated with drained simple shear tests on loose Fraser River sand. The measured shear stress and volume change are partially induced by principal stress rotation and compared with model calculations. The model is verified by comparing predicted and measured settlements due to rigid footing resting on loose sands. Settlements predicted by the proposed model were very similar to measured settlements. Mohr-Coulomb model can not consider the effect of principal stress rotation and its prediction was only 20% of measured settlements.
In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
This paper presents the study of the bending behavior of mooring chain links for keeping the position of the offshore floating structures. In general, chain links have been thought as the axial members due to the fundamental boundary condition. But, the flexural stiffness can be induced to the contact surface between chain links when friction occurs at the surface of the chain links due to high tensile force. Especially, the mooring chains for offshore floating platforms are highly tensioned. If the floater suffers rotational motion and the mooring chain links are highly tensioned, the rotation between contact links, induced by the floater rotation, generates the bending moment and relevant stresses due to the unexpected bending stiffness. In 2005, the mooring chain links for the Girassol Buoy Platform were failed after just 5 months after facility installation, and the accident investigation research concluded the chain failure was mainly caused by the fatigue due to the unexpected bending stress fluctuation. This study investigates the pattern of the induced bending stiffness and stresses of the highly tensioned chain links by nonlinear finite element analysis.
Perforated plates with cutouts (or holes) are widely used in structural members. These cutouts provide stress concentration in plates. Extensive studies have been carried out on stress concentration in perforated plates, which consider cutout shapes, boundary conditions, bluntness of cutouts, and more. This study presents stress concentration analyses of perforated plates with not only various cutouts and bluntness but also different cutout orientations. Especially, the effect of cutout orientation on stress concentration is emphasized since structural members have become more complicated recently. To obtain stress concentration patterns, a finite element program, ANSYS, is used. For the designated goal, three parameters are considered as follows: the shapes of polygonal cutouts (circle, triangle, and square), bluntness (a counter measure of radius ratio, r/R), and rotation of cutouts (${\theta}$). From the analyses, it is shown that, in general, as bluntness increases, the stress concentration increases, regardless of the shape and rotation. A more important finding is that the stress concentration increases as the cutouts become more oriented from the baseline, which is the positive horizontal axis (+x). This fact demonstrates that the orientation is also a relatively significant design factor to reduce stress concentration. In detail, in the case of the triangle cutout, orienting one side of the triangle cutout to be perpendicular to the applied tensile forces is preferable. Similarly, in the case of the square cutout, it is more advantageous to orient two sides of square cutout to be perpendicular to the applied tensile force. Therefore, at the design stage, determining the direction of a major tensile force is required. Then, by aligning those polygon cutouts properly, we can reduce stress concentration.
Piezoelectric gyroscopes are the devices to measure angular rotational velocity of a system with respect to an inertial frame of reference means of the Coriolis principle. Most of current piezoelectric gyroscopes detect rotational velocity about a single axis of rotation. This paper describes development of a new dual axial gyroscope made out of the piezoelectric ceramic, PZT, which can overcome the limitation of the current single axial type. The validity of the new structure is checked through finite element analysis. Based on the design, an experimental sample of the sensor is fabricated and its performance is discussed in comparison with the theoretical expectation. The resutls show that the present gyroscope is capable of measuring the rotational velocity over two orthogonal axes simultaneously with good enough sensitivity and distinction between the two axial components of the rotation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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