• Structural Engineering and Mechanics
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• 제85권1호
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• pp.89-104
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• 2023

This work presents a proposal for employing reduced numerical integration in the formulation of the 4-node quadrilateral solid finite element. The use of these low-order integration rules leads to numerical instabilities such as those producing the hourglass effect. The proposed procedure allows evaluating a given constitutive model only in one integration point, achieving an attractive computational cost reduction and, also, successfully controls the hourglass effect. A validation of the proposal is included and discussed throughout the paper. To show the efficiency of the proposal, several application examples of masonry structures are studied and discussed. To represent the non-linear mechanical behaviour of masonry a plastic-damage model is implemented within the application of this sub-integration scheme. Also, in order to have a full and computationally efficient strategy to determine the behaviour of masonry structures, involving its evolution to collapse, a homogenization technique with a macro-modeling approach is used. The methodology discussed throughout this paper demonstrates a substantial computational cost reduction and an improved approximation of the non-linear problem evidenced by a reduction of up to 85% of the computational time for some cases.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권6호
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• pp.633-643
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• 2023

In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제4권1호
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• pp.1-19
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• 2017

Fatigue life prediction of a multi-row countersunk riveted lap joint was performed numerically. The stress and strain conditions in a highly stressed substructure of the joint were analysed using a global/local finite element (FE) model coupling approach. After validation of the FE models using experimental strain measurements, the stress/strain condition in the local three-dimensional (3D) FE model was simulated under a fatigue loading condition. This local model involved multiple load cases with nonlinearity in material properties, geometric deformation, and contact boundary conditions. The resulting stresses and strains were used in the Smith-Watson-Topper (SWT) strain life equation to assess the fatigue "initiation life", defined as the life to a 0.5 mm deep crack. Effects of the rivet-hole clearance and rivet head deformation on the predicted fatigue life were identified, and good agreement in the fatigue life was obtained between the experimental and the numerical results. Further crack growth from a 0.5 mm crack to the first linkup of two adjacent cracks was evaluated using the NRC in-house tool, CanGROW. Good correlation in the fatigue life was also obtained between the experimental result and the crack growth analysis. The study shows that the selected methodology is promising for assessing the fatigue life for the lap joint, which is expected to improve research efficiency by reducing test quantity and cost.

• 한국기계가공학회지
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• 제15권3호
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• pp.44-51
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• 2016

This paper presents the characteristics of the energy absorption in an expansion tube type impact absorber that is applied to a high weight drop tester and the use of a response surface methodology to predict the impact energy absorption. In order to identify the characteristics of the energy absorption, a set of finite element analysis was conducted with Abaqus Explicit. Moreover, the ISCD-II sampling method and a first order polynomial were used to build a response surface. As a result, we demonstrated that the impact energy could be controlled by four main design variables, namely an expansion pipe's thickness, inner radius, pressing die's expansion angle and expansion ratio. Additionally, we observed the relationship between the four main design variables and the impact energy absorbing time, displacement, and maximum impact force.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권5호
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• pp.679-683
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• 2013

BSR 소음은 특히 자동차에서 도로 표면과 엔진 및 차량내부 스피커등의 진동에 의해 발생한다. 이러한 현상은 진동하는 시스템의 약화된 체결부나 접촉부에서 공진모드와 가진력의 중첩으로 인해서 발생하는 불규칙한 타격이나 스틱슬립(stick-slip)으로 발생한다. 이와 같인 국부적인 현상을 관찰하기 위해서 모든 BSR 발생 부위를 상세 유한요소 모델로 만드는 과정은 현실적으로 불가능 하므로 부분구조 모델 (Sub-structure) 해석 기술이 필요하다. 이번 연구에서는 부분구조 모델 (sub-structure) 해석 기술을 적용하여 실제 가진력이 구조물을 통해 전달되어 발생하는 래틀(rattle)과 스퀵(Squeak)을 검출하고 분석하는 해석적인 방법을 정리하였다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제39권1호
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• pp.21-33
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• 2014

Background: Significant technological development and changes happened in the tractor industries. Contrariwise, the test procedures of the major standard development organizations (SDO's) remained unchanged or with a little modification over the years, demanding new tractor test standards or improvement of existing ones for tractor performance, safety, and comfort. Purpose: This study focuses on reviewing the research trends regarding performance, safety and comfort evaluation of agricultural tractors. Based on this review, few recommendations were proposed to revise or improve the current test standards. Review: Tractor power take-off power test using the DC electric dynamometer reduced human error in the testing process and increased the accuracy of the test results. GPS signals were used to determine acceleration and converted into torque. High capacity double extended octagonal ring dynamometer has been designed to measure drawbar forces. Numerical optimization methodology has been used to design three-point hitch. Numerous technologies, driving strategies, and transmission characteristics are being considered for reducing emissions of gaseous and particulate pollutants. Engine emission control technology standards need to be revised to meet the exhaust regulations for agricultural tractors. Finite Element Analysis (FEA) program has been used to design Roll-Over Protective Structures (ROPS). Program and methodology has been presented for testing tractor brake systems. Whole-body vibration emission levels have been found to be very dependent upon the nature of field operation performed, and the test track techniques required development/adaptation to improve their suitability during standardized assessment. Emphasizes should be given to improve visibility and thermal environment inside the cab for tractor operator. Tractors need to be evaluated under electromagnetic compatibility test conditions due to large growing of electronic devices. Research trends reviewed in this paper can be considered for possible revision or improvement of tractor performance, safety, and comfort test standards.

• Earthquakes and Structures
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• 제15권2호
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• pp.193-202
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• 2018

This paper studied the probability of pounding occurred between decks and abutments of a long span high-pier continuous rigid fame bridge subjected to ground motions with local soil effect. A pounding probability analysis methodology has been proposed using peak acceleration at bedrock as intensity measure (IM) for multi-support seismic analysis. The bridge nonlinear finite element (FE) models was built with four different separation distances. Effect of actual site condition and non-uniform spatial soil profiles on seismic wave propagating from bedrock to ground surface is modelled. Pounding probability of the high-pier bridge under multi-support seismic excitations (MSSE) is analyzed based on the nonlinear incremental dynamic analysis (n-IDA). Pounding probability results under uniform excitations (UE) without actual local site effect are compared with that under MSSE with site effect. The study indicates that the required design separation length between deck and abutment under uniform excitations is larger than that under MSSE as the peak acceleration at bedrock increases. As the increase of both separation distance between deck and abutment and the peak acceleration, the probability of pounding occurred at a single abutment or at two abutments simultaneously under MSSE is less than that under UE. It is of great significance considering actual local site effect for determining the separation distance between deck and abutment through the probability pounding analysis of the high-pier bridge under MSSE.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.325-331
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• 2016

본 연구에서는 홍수 시 부유물의 충돌하중을 고려하여 교량의 홍수 취약도 곡선을 도출하였다. 자연재해에 의해 불가피하게 발생하는 사회기반시설물의 손상 또는 기능 손실은 심각한 인명피해 뿐만 아니라 국가적으로 사회적, 경제적 손실을 불러올 수 있다. 따라서 국가주요시설물을 재난으로부터 효과적으로 유지관리하기 위해 취약도 곡선은 중요한 도구로 사용되고 있다. 특히 한국은 산지 지형이 많이 형성되어 있고 하절기에 강수량의 2/3이상이 집중되어, 홍수 피해 가능성이 매우 높다. 홍수 시 교량 파괴의 주원인으로는 부유물의 충돌과 하상세굴이 있는데, 부유물의 충돌은 여러 가지 불확실성으로 인하여 상대적으로 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 FERUM-ABAQUS 기반의 취약도 해석 시스템을 도입하여, 홍수시 부유물의 충돌에 대한 교량의 취약성을 평가하였다. 교량의 취약도 해석을 효과적으로 수행하기 위하여 한계상태함수, 손상도 지수, 확률변수, 유한요소모델, 취약도 해석 소프트웨어 시스템을 주로 고려하였으며, 가속도 및 변위 응답해석을 통하여 모델 상태를 확인하였다. 다음으로는 홍수 시 부유물 충돌에 발생 가능한 다양한 파라미터를 기반으로 교량의 취약도 곡선을 성공적으로 도출하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.199-205
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• 2013

본 논문에서는 와이어 하네스의 피로 내구 수명을 예측하기 위해 와이어, 번들, 실차단계의 유한요소 해석 방법론이 연구되었고 이를 위한 피로 내구 시험 기기가 개발되었다. 와이어 하네스 시스템을 구성하는 5가지 종류의 와이어에 대한 응력-수명 그래프를 얻기 위해 개발된 피로 시험기를 이용하여 반복 굽힘 움직임을 인가하였다. 와이어를 구성하는 도선과 피복의 재료 모델링을 위해 혼합의 법칙이 적용된 등가모델을 이용하였다. 번들 해석과 시험을 통하여 와이어 간의 접촉조건과 번들의 테이핑조건이 정립되었다. 와이어 및 번들 단계의 결과들은 실차 단계의 해석에 적용되었다. 실차단계의 해석을 위해 번들과 그로맷으로 구성된 와이어 하네스 시스템을 수치적으로 모델링 하였으며, 차량 문의 개폐조건이 와이어 간의 접촉조건과 함께 적용되었다. 유한요소 해석을 이용한 실차 모델의 피로 내구 해석을 통해 70만회 이상의 피로 수명이 도출 되었으며, 실차 조건의 시험 결과와비교하여 타당성을 검증하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제37권3호
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• pp.13-24
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• 2019

본 논문은 명시적 유한요소 해석을 이용하여 군함이나 수상함 아래의 수중에서 어뢰가 폭발할 때의 파편들의 거동을 조사하기 위하여 작성되었다. 본 연구에서는 LS-DYNA에서 라그랑주-오일러 (ALE) 접근법이라 불리는 유체-구조물 상호작용(FSI) 기법을 적용하여 어뢰파편과 선체의 응답을 관찰하였다. 오일러 모델은 공기, 물, 폭약으로 구성되며, 라그랑주 모델은 파편과 선체로 이루어져 있다. 본 모델링의 핵심은 최악파편이 어뢰로부터 가까운 곳(4.5 m)에 위치한 선체에 파공을 일으킬 수 있는지 여부를 파악하는 데 있다. 시뮬레이션은 별도의 두 단계로 수행되었다. 첫 번째의 예비해석에서는 팽창하는 어뢰의 외피가 찢어지는 데 폭약에너지의 30%가 소모된다는 가정 하에 수중폭발 시의 파편속도에 대해 잘 알려져 있는 실험결과를 토대로 최악파편의 초기속도를 결정하였다. 두 번째의 총괄해석에서는 최악파편이 선체에 부딪치기 직전에 보일 것으로 예상되는 파편의 종단속도를 찾고자 하였다. 그 결과, 주어진 조건 하에서 최악파편의 초기속도는 매우 빠른 것으로 나타났다(400 및 1000 m/s). 하지만 충돌이 발생할 때의 파편과 선체 간의 속도차이는 불과 4 m/s 정도로 매우 작았다. 이 결과는 물에 의한 큰 항력의 영향도 있지만 선체에 부여한 비파괴 조건도 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 하지만 적어도 본 논문에서 가정한 해석조건 하에서는 최악파편의 느린 상대속도로 인하여 선체에 파공이 발생하기는 어려운 것으로 나타났다.