Sewoong Oh;Youn-Kyung Choi;Sung-Hun Kim;Ching-Chang Ko;Ki Beom Kim;Yong-Il Kim
The korean journal of orthodontics
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v.53
no.6
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pp.420-430
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2023
Objective: The purpose of this finite element method (FEM) study was to analyze the biomechanical differences and tooth displacement patterns according to the traction direction, methods, and sites for total distalization of the mandibular dentition using clear aligner treatment (CAT). Methods: A finite element analysis was performed on four FEM models using different traction methods (via a precision cut hook or button) and traction sites (mandibular canine or first premolar). A distalization force of 1.5 N was applied to the traction site by changing the direction from -30 to +30° to the occlusal plane. The initial tooth displacement and von Mises stress on the clear aligners were analyzed. Results: All CAT-based total distalization groups showed an overall trend of clockwise or counterclockwise rotation of the occlusal plane as the force direction varied. Mesiodistal tipping of individual teeth was more prominent than that of bodily movements. The initial displacement pattern of the mandibular teeth was more predominant based on the traction site than on the traction method. The elastic deformation of clear aligners is attributed to unintentional lingual tipping or extrusion of the mandibular anterior teeth. Conclusions: The initial tooth displacement can vary according to different distalization strategies for CAT-based total distalization. Discreet application and biomechanical understanding of traction sites and directions are necessary for appropriate mandibular total distalization.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.19
no.4
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pp.257-268
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2003
The purpose of this study was to assess the loading distributing characteristics of implant prosthesis according to position and direction of load, under vertical and inclined loading using FEA analysis. The finite element model was designed according to standard fixture (4.1mm restorative component x 11.5mm length). The crown for mandibular first molar was made using UCLA abutment. Each three-dimensional finite element model was created with the physical properties of the implant and surrounding bone. This study simulated loads of 200N at the central fossa in a vertical direction (loading condition A), 200N at the outside point of the central fossa with resin filling into screw hole in a vertical direction (loading condition B), 200N at the centric usp in a $15^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition C), 200N at the in a $30^{\circ}$ inward oblique direction (loading condition D) or 200N at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction (loading condition E) individually. Von Mises stresses were recorded and compared in the supporting bone, fixture, and abutment screw. The following results have been made based on this study: 1. Stresses were concentrated mainly at the ridge crest around implant in both vertical and oblique loading but stresses in the cancellous bone were low in both vertical and oblique loading. 2. Bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. The magnitude of the stress was greater with the oblique loading than with the vertical loading. 3. An offset of the vertical occlusal force in the buccolingual direction relative to the implant axis gave rise to increased bending of the implant. 4. The relative positions of the resultant line of force from occlusal contact and the center of rotation seems to be more important. 5. The magnitude of the stress in the supporting bone, fixture and abutment screw was greater with the outward oblique loading than with the inward oblique loading and was the greatest under loading at the centric cusp in a $30^{\circ}$ outward oblique direction. Conclusively, this study provides evidence that bending moments resulting from non-axial loading of dental implants caused stress concentrations on cortical bone. But it seems to be more important that how long is the distance from center of rotation of the implant itself to the resultant line of force from occlusal contact(leverage). The goal of improving implants should be to avoid bending of the implant.
In this paper, large-deformation elasto-plastic analysis of space frames that considersjoint connection properties is presented. This method is based on the large-deformation formula with finite rotation, which was developed initially for elastic systems, and is extended herein to include the elasto-plastic effect and the member joint connection properties of semi-rigid what?. The analytical method was derived from the Eulerian concept, which takes into consideration the effects of large joint translations and rotations. The localmember force-deformation relationships were obtained from the beam-column approach, and the change caused by the axial strain in the member chord lengths and flexural bowing were taken into account. The effect of the axial force of the member on bending and torsional stiffness, and on the plastic moment capacity, is included in the analysis. The material is assumed to be ideally elasto-plastic, and yielding is considered concentrated at the member ends in the form of plastic hinges. The semi-rigid properties of the member joint connection are considered based on the power or linear model. The arc length method is usedto trace the post-buckling range of the elastic and elasto-plastic problems with the semi-rigid connection. A sample non-linear buckling analysis was carried out with the proposed space frame formulations to demonstrate the potential of the developed method in terms of its accuracy and efficiency.
This paper presents the FEM analysis on the contact behavior characteristics of mechanical face seals in a small hydro-power turbine. Especially, the axial displacement and contact normal stress between a seal ring and a seal seat of a primary sealing unit have been analyzed as functions of rotating speed of a hydro-turbine, sealing gap, water and cooling fluid temperature. Those are strongly related to a leakage of water and wear between a seal ring and a seal seat. The FEM computed results present that the rotating speed of a hydro-turbine may be kept less than 800 rpm, and the sealing gap in a primary sealing unit is restricted $0.5\~5$. The coolant temperature in which is most influential parameter to the contact behaviors of a sealing unit may be kept less than $15^{\circ}C$ for a safe operation of a sealing unit without a leakage and wear.
Bolted joints are essential elements of mechanical structures and metal constructions. Although their static behaviour is fairly well known, their dynamic behaviour due to shocks and vibrations has been less studied, because of the large size of the finite element models needed for a detailed simulation. This work presents four different simplified models suitable for studying the dynamic behaviour of an elementary bolted joint. Three of them include contact elements to allow sliding of the screw head and the nut on the assembled parts, and the last one allows rotation between screw and nut. A penalty approach based on the Coulomb friction model is used to model contact. The results show that these models effectively represent the dynamic behaviour, with different accuracy depending on the model details. The last model simulates the self loosening of a bolt subjected to transversal vibrations.
Kazemi, Seyed Morteza;Sohrabi, Mohammad Reza;Kazemi, Hasan Haji
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.391-404
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2018
Researchers have been long studying new building implementation methods to improve the quality of construction, reduce the time of assembly, and increase productivity. One of these methods is the use of modular pre-fabricated structural forms that are composed of a beam, column, short column, pyramidal end block, and connection plates. In this study, a new geometry for the pyramidal end block was proposed that helps facilitate the assembly procedure. Since the proposed configuration affects the performance of this form of connection, its behavior was evaluated using finite element method. For this purpose, the connection was modeled in ABAQUS and then validated by comparing the outputs with experimental results. The research proceeded through analyzing 16 specimens under monotonic and cyclic loading. The results indicated that using the pyramidal end block not only makes the assembly process easier but also reduces the out-of-plane displacement of the short column webs and the vertical displacement of beam end. By choosing appropriate section properties for column and beam, the connection can bear a rotation up to 0.01 radians within its inelastic region and a total of 0.04 radians without any significant reduction in its bearing capacity.
This paper carries out the progressive collapse analysis of stainless steel composite beam-to-column joint sub-models and moment-resisting frames under column removal scenarios. The static flexural response of composite joint sub-models with damaged columns was initially explored via finite element methods, which was validated by independent experimental results and discussed in terms of moment-rotation relationships, plastic hinge behaviour and catenary actions. Simplified finite element methods were then proposed and applied to the frame analysis which aimed to elaborate the progressive collapse response at the frame level. Nonlinear static and dynamic analysis were employed to evaluate the dynamic increase factor (DIF) for stainless steel composite frames. The results suggest that the catenary action effect plays an important role in preventing the damaged structure from dramatic collapse. The beam-to-column joints could be critical components that influence the capacity of composite frames and dominate the determination of dynamic increase factor. The current design guidance is non-conservative to provide proper DIF for stainless steel composite frames, and thus new DIF curves are expected to be proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.190-200
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1991
Certain structural components are exposed to high temperatures. At high temperature, under thermal and mechanical loading, metal components exhibit both creep and plastic behavior. The unified constitutive theory is to model both the time-dependent behavior(creep) and the time-independent behavior(plasticity) in one set of equations. Microscopically both creep and plasticity are controlled by the motion of dislocations. A finite element method is presented encorporating a unified constitutive model for the transient analysis of viscoplastic behavior of structures exposed to high temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.6
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pp.619-627
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2004
In most industrial applications, the geometrical complexity is combined with the moving boundaries. These problems considerably increase the computational difficulties since they require, respectively, regeneration and deformation of the grid. As a result, engineering flow simulation is restricted. In order to solve this kind of problems the immersed boundary method was developed. In this study, the immersed boundary method is applied to the numerical simulation of stationary, rotating and oscillating cylinders in the 2-dimensional square cavity. No-slip velocity boundary conditions are given by imposing feedback forcing term to the momentum equation. Besides, this technique is used with a second-order accurate interpolation scheme in order to improve the accuracy of flow near the immersed boundaries. The governing equations for the mass and momentum using the immersed boundary method are discretized on the non-staggered grid by using the finite volume method. The results agree well with previous numerical and experimental results. This study presents the possibility of the immersed boundary method to apply to the complex flow experienced in the industrial applications. The usefulness of this method will be confirmed when we solve the complex geometries and moving bodies.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.1
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pp.98-105
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2010
Squeal, a kind of self-excited vibration, is generated by the friction between the disc and the friction materials. It occurs at the ending stage of the braking process, and radiates and audible frequency range of 1 kHz to 10 kHz. Squeal is generated from unstability because of the coupling between the translation and rotation of the system. This instability is caused by the follower force and follower force is normal component of the friction force. In this paper modal analysis of wheel brake system was performed in order to predict the squeal phenomenon. It was shown that the prediction of system instability is possible by FEM. A finite element model of that brake system was made. Some parts of a real brake was selected and modeled. Modal analysis method performs analyses of each brake system component. Experimental modal analysis was performed for each brake components and experimental results were compared with analytical results from FEM. To predict the dynamic unstability of a whole system, the complex eigenvalue analysis for assembly modeling of components confirmed by modal analysis is performed. The finite element models of the disk brake assembly have been constructed, and the squeal noise problems have been solved by complex eigenvalue analysis. The complex eigenvalue analysis results compared with real train test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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