Age-related changes in the geometry of human lumbar spine would lead to changes of its mechanical behaviors. To investigate the effects of the geometric changes, no age-related changes in the material/mechanical properties were considered. Using the finite element method. two age-related models of lumbar spine segments (L3-L4) were constructed. The annulus of the models was modeled as laminate composite elements with 16 layers and 6 materials. The spinal stiffness and facet reaction of the lumbar spine increased with the age-related geometric changes in various combined loadings. Fiber and transverse tensile strains of the inner annulus. cancellous bone stress and end-plate stress decreased with the age-related geometric changes whereas fiber/layer compressive strains of the annulus. facet reaction. ligament reaction and end-plate rigidity increased. Consequently, it appears that in the normal age-related deterioration of discs, the age-related geometric change contributes to the increase of spinal stiffness (the decrease in range of the motion segment), preventing an excessive deformation of the disc.
To study the eccentric compressive performance of the basalt-fiber reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled circular steel tubular stub column, 8 specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), basalt fiber (BF) dosage, strength grade of recycled aggregate concrete (RAC) and eccentricity were tested under eccentric static loading. The failure mode of the specimens was observed, and the relationship curves during the entire loading process were obtained. Further, the load-lateral displacement curve was simulated and verified. The influence of the different parameters on the peak bearing capacity of the specimens was analyzed, and the finite element analysis model was established under eccentric compression. Further, the design-calculation method of the eccentric bearing capacity for the specimens was suggested. It was observed that the strength failure is the ultimate point during the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column. The shape of the load-lateral deflection curves of all specimens was similar. After the peak load was reached, the lateral deflection in the column was rapidly increased. The peak bearing capacity decreased on enhancing the replacement ratio or eccentric distance, while the core RAC strength exhibited the opposite behavior. The ultimate bearing capacity of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column under eccentric compression calculated based on the limit analysis theory was in good agreement with the experimental values. Further, the finite element model of the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column could effectively analyze the eccentric mechanical properties.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.421-424
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2008
Ultra high strength steel fiber-reinforced concrete is characterized with high tensile strength and ductility. This paper revealed the influence of fiber volume fraction on the tensile softening behaviour of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete and developed tensile softening model to predict the deformation capacity by finite element method analysis with experimental results. The initial stiffness of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete was constant irrespective of fiber volume fraction. The increase of fiber volume fraction improved the flexural tensile strength and caused more brittle softening behaviour. Finite element method analysis proposed by Uchida et al. was introduced to obtain the tensile softening curve from three point notched beam test results and we proposed the tensile softening model as a function of fiber volume fraction and critical crack width.
Kim, Heung-Youl;Chae, Han-Sik;Kim, Hyung-Jun;Jeon, Hyun-Kyu;Youm, Kwang-Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.377-380
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2008
The material and mechanical properties in the high temperature area of 40 to 100 MPa high strength concrete structural member was identified based on mixing of fiber cocktail and the structural element fire behavior simulation through the finite element analysis method (ABAQUS) was interpreted. The results are as follows. First, it was interpreted that the test specimen with concrete fiber cocktail mixed was more controllable in the maximum shrinkage than the one with concrete fiber cocktail not mixed the controllable range was about 25% to 55%. This means that shrinkage is controllable through mixing of fiber cocktail for the high strength concrete columns. Second, this study didn't consider the explosive spalling by the pore pressure within high strength concrete. If the properties for the pore pressure within high strength concrete is considered and database by strength and by inner temperature of various high strength concrete and steel materials are established in the future, it is interpreted that the technical foundation will be laid for performance based design of fire resistant construction.
The tactile force sensor was studied using Fiber Bragg Grating (FBG). The FBG is able to multiplex easily and is immune to electromagnetic environment. A sensor frame was designed to a cantilever beam type. Strain of a beam is related with the peak shift of a bragg wavelength. Finite Element Method (FEM) was used for getting an appropriate thickness from 0.2 mm to 0.3 mm thick. FEM results showed that 0.3 mm thick was suitable for the force range 10 N. The force resolutions of 0.039 N and 0.113 N were obtained with optical spectrum analyser and tunable Fabry-Perot filter, respectively.
This paper describes the development of a fiber reinforced concrete (FRC) unit cell for analyzing concrete structures by executing a multiscale analysis procedure using the theory of homogenization. This was achieved through solving a periodic unit cell problem of the material in order to evaluate its macroscopic properties. Our research describes the creation of an FRC unit cell through the use of concrete paste generic information e.g. the percentage of aggregates, their distribution, and the percentage of fibers in the concrete. The algorithm presented manipulates the percentage and distribution of these aggregates along with fiber weight to create a finite element unit cell model of the FRC which can be used in a multiscale analysis of concrete structures.
Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
The incomplete saturation and the void formation during the resin infiltration into fibrous porous media in the resin transfer molding process cause failure in the final product during its service. In order to better understand flow behavior during the filling process, a finite-element scheme for transient flow simulation across the micro-structured fibrous media is developed in the present work. A volume-of- fluid (VOF) method has been incorporated in the Eulerian frame to capture the evolution of flow front and the vertical periodic boundary condition has been combined to avoid unwanted wall effect. In the microscale simulation, we investigated the transient filling process in various fiber structures and discussed the mechanism leading to the flow fingering in the case of random fiber distribution. Effects of the filling pressure, the shear-thinning behavior of fluid and the volume fraction on the flow front have been investigated for both intra-tow and the inter-tow flows in dual-scale fiber tow models.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.147-150
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2004
In order to describe the mechanical behavior of highly anisotropic and asymmetric materials such as fiberreinforced composites, the elastic-plastic constitutive equations were used here based on the recently developed yield criterion and hardening laws. As for the yield criterion, modified Drucker-Prager yield surface was used to represent the orthotropic and asymetric properties of composite materials, while the anisotropic evolution of backstress was accounted for the hardening behavior. Experimental procedures to obtain the material parameters of the hardening laws and yield surface are presented for 3D Circular Braided Glass Fiber Reinforced Composites. For verification purpose, comparisons of finite element simulations using the elastic-plastic constitutive equations, anisotropic elastic constitutive equations and experiments were performed for the three point bending tests. The results of finite element simulations showed good agreements with experiments, especially for the elastic-plastic constitutive equations with yield criterion considering anisotropy as well as asymmetry and anisotropic back stress evolution rule.
The structural behavior of a worn tire, attached to carbon fiber steel pile by current and wave forces, has been investigated through the numerical method. The finite element model has been developed, by considering that the composite material of rubber and cord is orthotropic, the rubber is isotropic, and that all the material behaves as linear elastic. The pressure distribution by wave and current, around the worn tire, has been estimated through the adjustment for the concept of flow separation. Also, the structural behavior of the worn tire has been examined, by comparing the situation wherein the space between the pile is reinforced, and tire as elastic and isotropic material, with the one left empty. Through this comparison, it is determined that the space between pile and tire has to be filled with elastic and isotropic material, in order to avoid the failure by wave and current action.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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