Guo, Xiaonong;Huang, Zewei;Xiong, Zhe;Yang, Shangfei;Peng, Li
Steel and Composite Structures
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v.20
no.6
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pp.1323-1343
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2016
This paper presents the results of an extensive numerical analysis program devoted to the investigation of the mechanical behaviour of bolted ball-cylinder joints. The analysis program is developed by means of finite element (FE) models implemented in the non-linear code ABAQUS. The FE models have been accurately calibrated on the basis of available experimental results. It is indicated that the FE models could be used effectively to describe the mechanical performance of bolted ball-cylinder joints, including failure modes, stress distributions and load-displacement curves. Therefore, the proposed FE models could be regarded as an efficient and accurate tool to investigate the mechanical behavior of bolted ball-cylinder joints. In addition, to develop a further investigation, parametric studies were performed, varying the dimensions of hollow cylinders, rectangular tubes, convex washers and ribbed stiffener. It is found that the dimensions of hollow cylinders, rectangular tubes and ribbed stiffener influenced the mechanical behaviour of bolted ball-cylinder joints significantly. On the contrary, the effects of the dimensions of convex washers were negligible.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1571-1578
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2003
This paper proposes a robust method for the Ramberg-Osgood(R-O)fit to accurately estimate elastic-plastic J from engineering fracture mechanics analysis based on deformation plasticity. The proposal is based on engineering stress-strain data to determine the R-O parameters, instead of true stress-strain data. Moreover, for practical applications, the method is given not only for the case when full stress-strain data are available but also for the case when only yield and tensile strengths are available. Reliability of the proposed method for the R-O fit is validated against detailed 3-D Finite Element (FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under global bending using five different materials, three stainless steels and two ferritic steels. Taking the FE J results based on incremental plasticity using actual stress-strain data as reference, the FE J results based on deformation plasticity using various R-O fits are compared with reference J values. Comparisons show that the proposed R-O fit provides more accurate J values for all cases, compared to existing methods for the R-O fit. Advantages of the proposed R-O fit in practical applications are discussed, together with its accuracy.
Valido, Anibal J.;Sousa, Luis G.;Cardoso, J. Barradas
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.1
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pp.25-35
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1996
This paper describes a continuum variational formulation for design optimization of nonlinear structures in the elastic-plastic domain, where unloading and reloading of the structures are allowed to occur. The Total Lagrangian procedure is used for the description of the structural deformation. The direct differentiation approach is used to derive the sensitivities of the various structural response measures with respect to the design parameters. Since the material goes into the inelastic range and unloading and reloading of the structure are allowed to occur, the structural response is path dependent and an additional step is needed to integrate the constitutive equations. It can be shown, consequently, that design sensitivity analysis is also path-dependent. The theory has been discretized by the finite element technique and implemented in a structural analysis code. Mathematical programming approach is used for the optimization process. Numerical applications on trusses are performed, where cross-sectional areas and nodal point coordinates are treated as design variables. Optimal designs have been obtained and compared by using two different strategies: a two level strategy where the levels are defined accordingly the type of design variables, cross sectional areas or node coordinates, and optimizing simultaneously with respect to both types of design variables.
In the current study, punching behavior of Reinforced concrete (RC) isolated footings was experimentally and numerically investigated. The experimental program consisted of four half-scale RC isolated footing specimens. The test matrix was proposed to show effect of footing area, reinforcement mesh ratio, adding internal longitudinal reinforcement bars and stirrups on the punching response of RC isolated footings. Footings area varied from 1200×1200 mm2 to 1500×1500 mm2 while the mesh reinforcement ratio was in the range from 0.36 to 0.45%. On the other hand, a 3D non-linear finite element model was constructed using ABAQUS/standard program and verified against the experimental program. The numerical results agreed well with the experimental records. The validated numerical model was used to study effect of concrete compressive strength; longitudinal reinforcement bars ratio and stirrups concentration along one or two directions on the ultimate load, deflection, stiffness and failure patterns of RC isolated footings. Results concluded that adding longitudinal reinforcement bars did not significantly affect the punching response of RC isolated footings even high steel ratios were used. On the contrary, as the stirrups ratio increased, the ultimate load of RC isolated footings increased. Footing with stirrups ratio of 1.5% had ultimate load equal to 1331 kN, 19.6% higher than the bare footing. Moreover, adding stirrups along two directions with lower ratio (0.5 and 0.7%) significantly enhanced the ultimate load of RC isolated footings compared to their counterparts with higher stirrups ratio (1.0 and 1.5%).
Michael Adane;Hyungoo Kang;Seungho Chun;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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v.50
no.5
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pp.549-562
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2024
In this study a steel moment frame system to be installed on the exterior surface of an existing structure is proposed as a seismic retrofit device. The seismic performance of the retrofit system was investigated by installing it on the exterior of a single story single bay reinforced concrete frame and testing it under cyclic loading. The cyclic loading test results indicated that the steel frame significantly enhanced the strength and ductility of the bare structure. Finite element analysis was carried out to validate the test results, and it was observed that there was good agreement between the two results. An analytical model was developed in order to apply the retrofit system to an example structure subjected to seven mainshock-aftershock sequential earthquake records. It was observed that the model structure was severely damaged due to the mainshock earthquakes, and the seismic response of the model structure increased significantly due to the subsequent aftershock earthquakes. The seismic retrofit of the model structure using the proposed steel frame turned out to be effective in decreasing the seismic response below the given limit state.
Eui-Chul Jeong;Sung-Hee Lee;Hyunn-Seung Lee;Jung-Gil Oh;Seok-Kwan Hong
Design & Manufacturing
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v.18
no.2
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pp.17-22
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2024
Lightweight of plastic containers is becoming an important issue due to increasing environmental legislation and consumer awareness. In this study, the CAE analysis was conducted to optimize the shape of a 500 ml lightweight square polyethylene terephthalate(PET) bottle. First, the linear buckling alaysis using the finite element method was performed to analyze the correlation between the primary geometric parameters of the bottle and the buckling critical load. Then, the optimal geometry parameters were derived, and the actual buckling load was predicted by non-linear buckling simulation. The validity of the simulation results was verified by top-loading tests of PET bottles molded with the optimized geometry. The elastic modulus and tensile yield strength of PET through tensile tests were measured to improve the accuracy of the simulation. As a result of the tensile tests, the modulus of elasticity of PET increased from 2,900 MPa to 4,275 MPa, and the tensile yield strength increased from 52.4 MPa to 88.1 MPa. Finally the buckling load of the optimized PET bottle was found to be approximately 236 N, which is very similar to the simulation precition of 238 N. This study shows the feasibility and accuracy of the CAE analysis approach for the lightweight design of PET bottles, and will provide useful guidelines for the design of PET bottles.
Jo, Cheol-Hyeong;Choe, Jae-Bong;Choe, Gwi-Won;Yun, Gang-Seop;Gang, Seung-Baek
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.20
no.1
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pp.37-44
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1999
Because of bone resorption, wear of ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) in total knee arthroplasty has been recognized as a major factor in long-term failure of knee implant. The surface damage and the following harmful wear debris of UHMWPE is largely related to contact stress. Most of the previous studies focused on the contact condition only at the articulating surface of UHMWPE. Recently, contact stress at the metal-backing interface has been implicated as one of major factors in UHMWPE wear. Therefore, the purpose of the is study is to investigate the effect of the contact stress for different thickness, conformity friction coefficient, and flexion degree of the UHMWPE component in total knee system, considering the contact conditions at both interfaces. In this study, a two-dimensional non-linear plane strain finite element model was developed. The results showed that the maximum value of von-Mises stress occurred below the articulating surface and the contact stress was lower for the more conforming models. All-polyethylene component showed lower stress distribution than the metal-backed component. With increased friction coefficient on the tibiofemoral contact surface, the maximum shear stress increased about twofold.
Hadianfard, Mohammad Ali;Eskandari, Fateme;JavidSharifi, Behtash
Steel and Composite Structures
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v.28
no.3
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pp.309-318
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2018
Buckling Restrained Braced (BRB) frames have been widely used as an efficient seismic load resisting system in recent years mostly due to their symmetric and stable hysteretic behavior and significant energy dissipation capacity. In this study, to provide a better understanding of the behavior of BRB frames with various beam-column connections, a numerical study using non-linear finite element (FE) analysis is conducted. All models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. Initially, the results of the FE model are verified with experimental data. Then, diverse beam-column connections are modeled for the sake of comparison from the shear capacity, energy dissipation and frame hysteresis behavior points of view until appropriate performance is assessed. The considered connections are divided into three different categories: (1) simple beam-column connections including connection by web angle and connection by seat angle; (2) semi-rigid connection including connection by web and seat angles; and (3) rigid beam-column connections by upper-lower beam plates and beam connections with web and flange splices. Results of the non-linear FE analyses show that these types of beam-column connections have little effect on the maximum story drift and shear capacity of BRB frames. However, the connection type has a significant effect on the amount of energy dissipation and hysteresis behavior of BRB frames. Also, changes in length and thickness of the angles in simple and semi-rigid connections and changes in length and thickness of plates in rigid connections have slight effects (less than 4%) on the overall frame behavior.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.5
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pp.110-116
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2003
With the growth of aircraft performance and needs for light aircraft, the problems associated with hail impacts on aircraft during flights and grounding become and important issue. These hail encounters can cause severe damages to aircraft and result in major concerns in safety and cost. Since nearly all external components of the commercial and military aircraft-in particular, the nose section and the leading edge of the wing and tail-are subject to damages, much effort has been put into understanding of this problem. However, most of the previous studies have focused on the composite components and few results have been reported for the metallic components. In this paper, we study the ice impacts on the aluminum component with the finite element analysis method utilizing commercial non-linear dynamics solver LS-DYNA. The results are compared with the experimental data and a simple measure of the ice impact effects is proposed.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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