Steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite wall has been proposed for building and offshore constructions. An ultra-lightweight cement composite with density1380 kg/m3 and compressive strength up to 60 MPa is used as core material and inter-locking J-hook connectors are welded on the steel face plates to achieve the composite action. This paper presents the numerical models using nonlinear finite element analysis to investigate the load displacement behavior of SCS sandwich walls subjected to axial compression. The results obtained from finite element analysis are verified against the test results to establish its accuracy in predicting load-displacement curves, maximum resistance and failure modes of the sandwich walls. The studies show that the inter-locking J-hook connectors are subjected to tension force due to the lateral expansion of cement composite core under compression. This signifies the important role of the interlocking effect of J-hook connectors in preventing tensile separation of the steel face plates so that the local buckling of steel face plates is prevented.
A four-noded plate bending quadrilateral (PBQ4) and an eight-noded plate bending quadrilateral (PBQ8) element based on Mindlin plate theory have been adopted for modeling the thick plates on elastic foundations using Winkler model. Transverse shear deformations have been included, and the stiffness matrices of the plate elements and the Winkler foundation stiffness matrices are developed using Finite Element Method based on thick plate theory. A computer program is coded for this purpose. Various loading and boundary conditions are considered, and examples from the literature are solved for comparison. Shear locking problem in the PBQ4 element is observed for small value of subgrade reaction and plate thickness. It is noted that prevention of shear locking problem in the analysis of the thin plate is generally possible by using element PBQ8. It can be concluded that, the element PBQ8 is more effective and reliable than element PBQ4 for solving problems of thin and thick plates on elastic foundations.
A high precision shear deformable triangular element has been proposed for free vibration analysis of composite trapezoidal plates. The element has twelve nodes at the three sides and four nodes inside the element. Initially the element has fifty-five degrees of freedom, which has been reduced to forty-eight by eliminating the degrees of freedom of the internal nodes through static condensation. Plates having different side ratios (b/a), boundary conditions, thickness ratios (h/a=0.01, 0.1 and 0.2), number of layers and fibre angle orientations have been analyzed by the proposed shear locking free element. Trapezoidal laminate with concentrated mass at the centre has also been analyzed. An efficient mass lumping scheme has been recommended, where the effect of rotary inertia has been included. For validation of the present element and formulation few results of isotropic trapezoidal plate and square composite laminate have been compared with those obtained from open literatures. The numerical results for composite trapezoidal laminate have been given as new results.
An assumed stress quadrilateral thin/moderately thick plate element HQP4 based on the Mindlin/Reissner plate theory is proposed. The formulation is based on Hellinger-Reissner variational principle. Static and free vibration analyses of plates are carried out. Numerical examples are presented to show that the validity and efficiency of the present element for static and free vibration analysis of plates. Satisfactory accuracy for thin and moderately thick plates is obtained and it is free from shear locking for thin plate analysis.
Suh, Dongwhan;Lee, Hwan Hee;Han, Young Hoon;Jeong, Jae Jung
Journal of Korean Foot and Ankle Society
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v.24
no.1
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pp.19-24
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2020
Purpose: Anterolateral minimally invasive plate osteosynthesis (MIPO) was performed to treat patients with distal tibial fractures associated with open fractures or extensive soft tissue injuries, which is limited medial MIPO. The treatment results of the anterolateral MIPO technique were evaluated and analyzed. Materials and Methods: Seventeen patients with distal tibial fractures associated with an open fracture or large bullae formation on the distal tibia medial side were treated with anterolateral MIPO using anterolateral locking plates. Within 24 hours of visiting the emergency room, external fixation was applied, and the medial side wound was managed. After damage control, the anterolateral locking plate was applied using an anterolateral MIPO technique. The union time, nonunion, or malunion were evaluated with regular postoperative radiographs. The ankle range of motion, operative time, blood loss, Iowa score, and wound complications were investigated. Results: Radiological evidence of bony union was obtained in all cases. The mean time to union was 16.7 weeks (12~25 weeks). The mean operation time was 44.0 minutes. Regarding the ankle range of motion, the mean dorsiflexion was 15°, and the mean plantarflexion was 35°. Satisfactory results were obtained in 15 out of 17 cases; five results were classified as excellent, four were good, and six were fair. The mean blood loss was 125.2 mL. Two complications were recorded. Conclusion: In distal tibial fractures with severe medial soft tissue damage caused by high-energy trauma, the staged anterolateral MIPO technique using anterolateral locking plates is a useful alternative treatment to achieving optimal wound care, rapid union with biological fixation, and intra-articular reduction.
Kim, Min Bom;Lee, Young Ho;Baek, Jeong Kook;Choi, Ho Sung;Baek, Goo Hyun
Archives of Reconstructive Microsurgery
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v.24
no.2
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pp.68-74
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2015
Purpose: The reconstruction of femur and tibia defects following tumor resection remains a surgical challenge. The clinical outcome of free vascularized fibula graft (VFG) reconstruction with locking plate for massive femur and tibia defects of more than 10 cm that were secondary to skeletal tumor resection is reported. Materials and Methods: Thirteen patients with a mean follow-up of 3.3 years were reviewed. Seven patients received vascularized fibula grafts in the femur and six in the tibia. The mean bony defect of the femur and tibia was more than 10 cm and the length of the grafted fibula was more than 15 cm. All defects were stabilized with long locking plates. Results: All patients were free of disease at final follow-up; All VFGs were transferred successfully. All patients had a successful outcome with bony union. Stress fractures of the grafted fibula had occurred but the locking plate stabilized the fracture and healed until the last follow-up. All patients were able to walk without a brace after a mean of 9 months postoperatively. Conclusion: VFG with locking plate is a reliable reconstructive procedure for massive femur and tibia defects.
Rhee, Yong Girl;Park, Jung Gwan;Cho, Nam Su;Song, Wook Jae
Clinics in Shoulder and Elbow
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v.17
no.4
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pp.159-165
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2014
Background: Kirschner's wire (K-wire) transfixation and locking hook plate fixation techniques are widely used in the treatment of acute acromioclavicular joint (ACJ) dislocation. The purpose of this study was to compare the clinical and radiologic outcomes between K-wires transfixation and a locking hook plate fixation technique. Methods: Seventy-seven patients with acute ACJ dislocation managed with K-wire (56 shoulders) and locking hook plate (21 shoulders) were enrolled for this study. The mean follow-up period was 61 months. Results: At the last follow-up, the shoulder rating scale of the University of California at Los Angeles (UCLA) was higher in patients treated with locking hook plate than with K-wires ($33.2{\pm}2.7$ vs. $31.3{\pm}3.4$, p=0.009). In radiologic assessments, coracoclavicular distance (CCD) (7.9 mm vs. 7.7 mm, p=0.269) and acromioclavicular distance (ACD) (3.0 mm vs. 1.9 mm, p=0.082) were not statistically different from contralateral unaffected shoulder in locking hook plate fixation group, but acromioclavicular interval (ACI) was significant difference. However, there were significant differences in ACI, CCD, and ACD in K-wire fixation group (p<0.001). Eleven complications (20%) occurred in K-wire transfixation group and 2 subacromial erosions on computed tomography scan occurred in locking hook plate fixation group. Conclusions: ACJ stabilization was achieved in acute ACJ dislocations treated with K-wires or locking hook plates. Locking hook plate can provide higher UCLA shoulder score than K-wire and maintain CCD, and ACD without ligament reconstruction. K-wire transfixation technique resulted in a higher complication rate than locking hook plate.
This paper introduces a novel approach to multi-material topology optimization (MTO) targeting in-plane bi-directional functionally graded (IBFG) non-uniform thickness Reissner-Mindlin plates, employing an alternative active phase approach. The mathematical formulation integrates a first shear deformation theory (FSDT) to address compliance minimization as the objective function. Through an alternating active-phase algorithm in conjunction with the block Gauss-Seidel method, the study transforms a multi-phase topology optimization challenge with multi-volume fraction constraints into multiple binary phase sub-problems, each with a single volume fraction constraint. The investigation focuses on IBFG materials that incorporate adequate local bulk and shear moduli to enhance the precision of material interactions. Furthermore, the well-established mixed interpolation of tensorial components 4-node elements (MITC4) is harnessed to tackle shear-locking issues inherent in thin plate models. The study meticulously presents detailed mathematical formulations for IBFG plates in the MTO framework, underscored by numerous numerical examples demonstrating the method's efficiency and reliability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.2
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pp.147-158
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2004
For stiffened plates composed of composite materials, many researchers have used a finite element method which connected isoparametric plate elements and beam elements. However, the finite element method is difficult to reflect local behavior of stiffener because beam elements are transferred stiffness for nodal point of plate elements, especially the application is limited in case of laminated composite structures. In this paper, for analysis of laminated composite stiffened plates, 3D shell elements for stiffener and plate are employed. Reissner-Mindlin's first order shear deformation theory is considered in this study. But when thickness will be thin, isoparamatric plate bending element based on the theory of Reissner-Mindlin is generated by transverse shear locking. To eliminate the shear locking and virtual zero energy mode, the substitute shear strain field is used. A deflection distribution is investigated for simple supported rectangular and skew stiffened laminated composite plates with arbitrary orientation stiffener as not only variation of slenderness and aspect ratio of the plate but also variation of skew angle of skew stiffened plates.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.3
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pp.1-10
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1988
A higher order plate bending finite element using cubic in-plane displacement profiles is proposed for geometrically nonlinear analysis of thin and thick plates. The higher order plate bending element has been derived from the three dimensional plate-like continuum by discretization of the equations of motion by Galerkin weighted residual method, together with enforcing higher order plate assumptions. Total Lagrangian formulation has been used for geometrically nonlinear analysis of plates and consistent linearization by Newton-Raphson method has been performed to solve the nonlinear equations. The element characteristics have been computed by, selective reduced integration technique using Gauss quadrature to avoid shear locking phenomenon in case of extremely thin plates. Several numerical examples were solved with FEAP macro program to demonstrate versatility and accuracy of the present higher order plate bending element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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