Al Jawahery, Mohammed S.;Cevik, Abdulkadir;Gulsan, Mehmet Eren
Advances in concrete construction
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v.13
no.1
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pp.45-69
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2022
This paper investigates the shear behavior of reinforced concrete haunched beams (RCHBs) without stirrups. The research objective is to study the effectiveness of the ideal steel fiber (SF) ratio, which is used to resist shear strength, besides the influence of main steel reinforcement, compressive strength, and inclination angles of the haunched beam. The modeling and analysis were carried out by Finite Element Method (FE) based on a software package, called Atena-GiD 3D. The program of this study comprises two-part. One of them consists of nine results of experimental SF RCHBs which are used to identify the accuracy of FE models. The other part comprises 81 FE models, which are divided into three groups. Each group differed from another group by the area of main steel reinforcement (As) which are 226, 339, and 509 mm2. The other parameters which are considered in each group in the same quantities to study the effectiveness of them, were steel fiber volumetric ratios (0.0, 0.5, and 1.0)%, compressive strength (20.0, 40.0, 60.0) MPa, and the inclination angle of haunched beam (0.0°, 10.0°, and 15.0°). Moreover, the parametric analysis was carried out on SF RCHBs to clarify the effectiveness of each parameter on the mechanical behavior of SF RCHBs. The results show that the correlation coefficient (R2) between shear load capacities of FE proposed models and shear load capacities of experimental SF RCHBs is 0.9793, while the effective inclination angle of the haunched beam is 10° which contributes to resisting shear strength, besides the ideal ratio of steel fibers is 1% when the compressive strength of SF RCHBs is more than 20 MPa.
In this study, a method has been proposed for the static and dynamic nonlinear analysis of multi-storey buildings, which takes into account the contribution of axial deformations in vertical load-bearing elements, which are especially important in tall and narrow structures. Shear deformations on the shear walls were also taken into account in the study. The presented method takes into account the effects that are not considered in the fishbone and flexural-shear beam models developed in the literature. In the Fishbone model, only frame systems are modeled. In the flexural shear beam model developed for shear wall systems, shear deformations and axial deformations in the walls are neglected. Unlike the literature, with the model proposed in this study, both shear deformations in the walls and axial deformations in the columns and walls are taken into account. In the proposed model, multi-storey building is represented as a sandwich beam consisting of Timoshenko beams pieced together with a double-hinged beam. At each storey, the total moment capacities of the frame beams and the coupled beams in the coupled shear walls are represented as the equivalent shear capacity. On the other hand, The sums of individual columns and walls moment at the relevant floor level are represented as equivalent moment capacity at that floor level. At the end of the study, examples were solved to show the suitability of the proposed method in this study. The SAP2000 program is employed in analyses. In a conclusion, it is observed that among the solved examples, the proposed sandwich beam model gives good results. As can be seen from these results, it is seen that the presented method, especially in terms of base shear force, gives very close results to the detailed finite element method.
Hyeong Gu Kim;Seung Hyun Kim;Min Woo Kim;Ik-Tae Im
Journal of the Semiconductor & Display Technology
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v.22
no.2
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pp.30-34
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2023
Since dishing in the CMP process is a major factor that hinders the uniformity of the semiconductor thin film, many studies have focused this issue to improve the non-uniformity of the film due to dishing. In the metal layer, the dishing mainly occurs in the central part of the metal due to a difference in a selection ratio between the metal and the dielectric, thereby generating a step on the surface of the metal layer. Factors that cause dishing include the shape of the thin film, the chemical reaction of the slurry, thermal deformation, and the rotational speed of the pad and head, and dishing occurs due to complex interactions between them. This study analyzed the stress generated on the metal layer surface in the CMP process using ANSYS software, a commercial structure analysis program. The stress caused by the vertical load applied from the pad was analyzed by changing the area density and line width of the dummy metal. As a result of the analysis, the stress in the active region decreased as the pattern density and line width of the dummy metal increased, and it was verified that it was valid compared with the previous study that studied the dishing according to the dummy pattern density and line width of the metal layer. In conclusion, it was confirmed that there is a relationship between dishing and normal stress.
In this paper, comparisons are presented on the predicted tensile strains which can affect the fatigue life of a thin asphalt concrete (AC) pavement near the surface of pavement from three-dimensional (3D) finite element (FE) using 3D measured tire contact stresses of a radial tire and a bias ply tire and a layered linear elastic program (BISAR). The objective was to analyze the stress distributions for a 11R22.5 radial tire and a $10{\times}20$ bias ply tire, and to compare the predicted tensile strains at the top and bottom of AC surface using different analysis methods. The results show that the stress distributions of two tires are similar but the 11R22.5 radial tire has much higher vertical contact stress than that of the $10{\times}20$ bias ply tire. The predicted tensile strains at the bottom of AC layer under the center of tire showed higher value by BM (BISAR with the measured contact area) method, which the measured tire contact area is used in a layered elastic program, while the tensile strain at the top of AC surface of 3.5cm offset distance from tire edge by 3D FE analysis showed the highest values among three analysis methods.
Lee, Gye Hee;Hong, Kwan Young;Lee, Eun Haeng;Kim, Jae Min
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.2
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pp.95-102
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2014
In this paper, a coupling scheme for applying finite element analysis(FEA) programs, such as, LS-DYNA and MIDAS/Civil, to a nonlinear soil structure interaction analysis by the boundary reaction method(BRM) is presented. With the FEA programs, the structure and soil media are discretized by linear or nonlinear finite elements. To absorb the outgoing elastic waves to unbounded soil region as much as possible, the PML elements and viscous-spring elements are used at the outer FE boundary, in the LS-DYNA model and in MIDAS/Civil model, respectively. It is also assumed that all the nonlinear elements in the problem are limited to structural region. In this study, the boundary reaction forces for the use in the BRM are calculated using the KIESSI-3D program by solving soil-foundation interaction problem subjected to incident seismic waves. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated with a linear SSI seismic analysis problem by comparing the BRM solution with the conventional SSI solution. Numerical comparison indicates that the BRM can effectively be applied to a nonlinear soil-structure analysis if motions at the foundation obtained by the BRM for a linear SSI problem excluding the nonlinear structure is conservative.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.1
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pp.53-62
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1987
High power lasers provide a controllable and precise energy source in surface transformation hardening. A careful control of the process is needed in order that the surface layer of the material reaches the austenizing temperature, but that it does not melt. In order to achieve this the results of theoretical and experimental studies on the laser surface hardening of a medium carbon steel are described. A two-dimensional computer program, which can be used generally for the determination of transient temperature distributions in welding and heat treatment, was established on the basis of the finite element method. For the confirmation of the accuracy of the numerical analysis, a medium carbon steel (SM 45C) of 5mm thickness was heat-treated with a 1kW CW CO$_{2}$ laser machine, while the traverse speed and the distance from the focal point (defocused distance) were varied. Experimental and numerical results showed a similar tendency in correlations between the hardened zone shape and the process parameters. With increasing beam spot diameter the width and depth of the hardened zone increased for relatively small beam spot diameters, but decreased rapidly after reaching the maximum value, while with increasing traverse speed the width and depth of the hardened zone decreased monotonously. Too small beam spot diameters are to be avoided, since the surface melting would lower the surface hardness and produce an uneven surface which may be unacceptable because of the possible requirement for subsequent machining. It could be observed that for a given traverse speed and laser power input there exists a optimal range of the beam spot diameter, which produce a large width of the hardened zone but no melting on the surface.
In ship structures many of the structural plates have cutouts, for example, at inner bottom structure, girder, upper deck hatch, floor and dia-frame etc. In the case where a plate has a cutout it experiences reduced buckling and ultimate strength and at the same time the in-plane stress under compressive load produced by hull girder bending will be redistributed In general, actual ship structure adopted reinforcement of stiffener around the cutout in order to preventing from buckling so it need to examine a buckling and ultimate strength behaviour considering a cutout because In many ship yards used class rule for calculating buckling strength but it is difficult to evaluate perforate stiffened plate with random size. In the present paper, we investigated several kinds of perforated stiffened model from actual ship and then was performed finite element series analysis varying the cutout ratio, web height, thickness and type of cross-section using commercial FEA program(ANSYS) under compressive load.
AC Losses for face to face stacks of four identical coated conductors (CCs) were numerically calculated using the H-formulation combined with the E-J power law and the Kim model. The motive sample was the face to face stack of four 2 mm-wide CC tapes with 2 ${\mu}m$ thick superconducting layer of which the critical current density, $J_c$, was $2.16{\times}10^6A/cm^2$ on IBAD-MgO template, which was suggested for the mitigation of ac loss as a round shaped wire by Korea Electrotechnology Research Institute. For the calculation the cross section of the stack was simply modeled as vertically aligned 4 rectangles of superconducting (SC) layers with $E=E_o(J(x,y,t)/J_c(B))^n$ in x-y plane where $E_o$ was $10^{-6}$ V/cm, $J_c$(B) was the field dependence of current density and n was 21. The field dependence of the critical current of the sample measured in four-probe method was employed for $J_c$(B) in the equation. The model was implemented in the finite element method program by commercial software. The ac loss properties for the stacks were compared with those of single 4 cm-wide SC layers with the same critical current density or the same critical current. The constraint for the simulation was imposed in two different ways that the total current of the stack obtained by integrating J(x,y,t) over the cross sections was the same as that of the applied transport current: one is that one fourth of the external current was enforced to flow through each SC. In this case, the ac loss values for the stacks were lower than those of single wide SC layer. This mitigation of the loss is attributed to the reduction of the normal component of the magnetic field near the SC layers due to the strong expulsion of the magnetic field by the enforced transport current. On the contrary, for the other case of no such enforcement, the ac loss values were greater than those of single 4cm-wide SC layer and. In this case, the phase difference of the current flowing through the inner and the outer SC layers of the stack was observed as the transport current was increased, which was a cause of the abrupt increase of ac loss for higher transport current.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.2
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pp.138-149
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2000
Various modeling techniques for ultrasonic wave propagation and scattering problems in finite solid media are presented. Elastodynamic boundary value problems in inhomogeneous multi-layered plate-like structures are set up for modal analysis of guided wave propagation and numerically solved to obtain dispersion curves which show propagation characteristics of guided waves. As a powerful modeling tool to overcome such numerical difficulties in wave scattering problems as the geometrical complexity and mode conversion, the Boundary Element Method(BEM) is introduced and is combined with the normal mode expansion technique to develop the hybrid BEM, an efficient technique for modeling multi mode conversion of guided wave scattering problems. Time dependent wave forms are obtained through the inverse Fourier transformation of the numerical solutions in the frequency domain. 3D BEM program development is underway to model more practical ultrasonic wave signals. Some encouraging numerical results have recently been obtained in comparison with the analytical solutions for wave propagation in a bar subjected to time harmonic longitudinal excitation. It is expected that the presented modeling techniques for elastic wave propagation and scattering can be applied to establish quantitative nondestructive evaluation techniques in various ways.
In this paper, the analyses of the stress disturibution and frequency characteristics of silicon microstructures for an accelerometer were performed using the general purpose finite element simulation program, ANSYS. From the analyses, we determined the parameter values of a new 6-beam piezoresistive accelerometer applicable to the accelerometer's specification in airbag system of automobile. Then, the mass paddle radius, beam length, beam width, and beam thickness of the designed accelerometer were$500{\mu}m$, $350{\mu}m$, $100{\mu}m$, and $5{\mu}m$, respectively and two different seismic masses with 0.4 mg and 0.8 mg were defined on the same sensor structure. The designed 6- beam accelerometers were fabricated on the selectively diffused (111)-oriented $n/n^{+}/n$ silicon substrates and the characteristics of the fabricated accelerometers were investigated. Then, we used a micromachining technique using porous silicon etching method for the formation of the micromechanical structure of the accelerometer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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