Bagnoli, Paolo Emilio;Girardi, Maria;Padovani, Cristina;Pasquinelli, Giuseppe
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.6
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pp.757-774
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2013
An integrated simulation tool for multilayer stepped pyramidal structures is presented. The tool, based on a semi-analytical mathematical strategy, is able to calculate the temperature distributions and thermal stresses at the interfaces between the layers of such structures. The core of the thermal solver is the analytical simulator for power electronic devices, DJOSER, which has been supplemented with a mechanical solver based on the finite-element method. To this end, a new ele-ment is proposed whose geometry is defined by its mean surface and thickness, just as in a plate. The resulting mechanical model is fully three-dimensional, in the sense that the deformability in the direction orthogonal to the mean surface is taken into account. The dedicated finite element code developed for solving the equilibrium problem of structures made up of two or more superimposed plates subjected to thermal loads is applied to some two-layer samples made of silicon and copper. Comparisons performed with the results of standard finite element analyses using a large number of brick elements reveal the soundness of the strategy employed and the accuracy of the tool developed.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.46
no.1
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pp.70-81
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2010
A mathematical model is formulated to study the effect of wall mass on the thermal performance of four different houses of different construction. This analytical study was motivated by the experimental work of Burch et al. An analytical solution of one -dimensional, linear, partial differential equation for wall temperature profiles and room air temperatures is obtained using the Laplace transform method. Typical Meteorological Year data are processed to yield hourly average monthly values. These discrete data are then converted to a continuous, time dependent form using a Fast Fourier Transform method. This study is conducted using weather data from four different locations in the United States: Albuquerque, New mexico; Miami, Florida; Santa Maria, California; and Washington D.C. for both winter and summer conditions. A computer code is developed to calculate the wall temperature profile, room air temperature, and energy consumption loads. Three sets of results are calculated one for no auxiliary energy and two for different control mechanism -- an on-off controller and a proportional controller. Comparisons are made for the cases of two controllers. Heavy weight houses with insulation in mild weather areas (such as August in Santa Maria, California) show a high comfort level. Houses using proportional control experience a higher comfort level in comparison to houses using on-off control. The result shows that there is an effect of mass on the thermal performance of a heavily constructed house in mild weather conditions.
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on two quarter planes is considered. The layer is pressed by a stamp and distributed loads. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces are neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which contact areas and contact stresses are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact areas and the contact pressures are calculated under various distributed load conditions using both solutions. It is concluded that the position and the magnitude of the distributed load have an important role on the contact area and contact pressure distribution between layer and quarter plane contact surface. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
Arefi, Mohammad;Bidgoli, Elyas Mohammad-Rezaei;Zenkour, Ashraf M.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.27-40
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2018
The governing equations of motion are derived for analysis of a sandwich microbeam in this paper. The sandwich microbeam is including an elastic micro-core and two piezoelectric micro-face-sheets. The microbeam is subjected to transverse loads and two-dimensional electric potential. Higher-order sinusoidal shear deformation beam theory is used for description of displacement field. To account size dependency in governing equations of motion, strain gradient theory is used to mention higher-order stress and strains. An analytical approach for simply-supported sandwich microbeam with short-circuited electric potential is proposed. The numerical results indicate that various types of parameters such as foundation and material length scales have significant effects on the free vibration responses and dynamic results. Investigation on the influence of material length scales indicates that increase of both dimensionless material length scale parameters leads to significant changes of vibration and dynamic responses of microbeam.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.1
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pp.45-53
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2016
The interaction between the hull of ship and free surface of water generates important loads during slamming motion. In the present study, the slamming load applied on the sectional surface of two-dimensional arbitrary bodies has been investigated under several falling velocities. This simulation has been done with the commercial CFD software ANSYS FLUENT®. Through the conventional MARINTEK experiments for the benchmark of the simulation, we verified the impact pressure values between the experiments and simulation results. Two arbitrary ship bow section models, Panamax-like(with small convex bulb and flare) and Post panamax-like(with large convex bulb and flare) are also investigated. Simulation results show that a maximum impact pressure on the Post panama-like shape is higher than the Panamax-like shape. According to both a lump of water generated by arbitrary shape and various dead-rise angles of the shape, the pressure picks were enhanced in the simulation.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.20
no.2
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pp.83-94
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2004
The purpose of this study was to compare the distributing pattern of stress according to the types of occlusal load on the finite element models of the splinted implant prostheses. The finite element model was designed with the parallel placement of two fixtures ($4.0mm{\times}11.5mm$) on mandibular first and second molars. The cemented crowns for mandibular first and second molars were made. Three-dimensional finite element model was created with the components of the implant, surrounding bone and cemented crowns. Two types of occlusal load, the point load and the surface load within 0.5 mm radius circle, were applied to the finite element models with 200N magnitude in axial(along the long axis of the implant and oblique(angulation of $30^{\circ}$ to the long axis) directions perpendicular to cuspal incline. Loads were positioned from the center of central fossa and to distance of 2 mm and 4 mm apart from the center of central fossa. Von-Mises stresses were recorded and compared in the fixtures and sections. The results were as following : 1. Under axial loading at the central fossa, the stress was distributed along the fixture except for the apical portion, not relative to both point & surface contacts. 2. With offset distance increasing, the highest stresses were concentrated in the neck portion of the fixture. 3. The maximum von Mises stress under the oblique load was greater than that under the axial load. 4. Under the oblique load, the highest stress were concentrated in the buccal side and lingual neck portion of the fixture with offset distance increasing. The results had a tendency to increase the stress on the neck portion of fixture with the offset and oblique loads increasing. The design of occlusal scheme should be allowed to distribute stress axially in maximum intercuspation and to decrease the angulation of cuspal incline.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.23
no.1
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pp.55-68
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2007
The purpose of this study was to analyze the distribution of stress in the surrounding bone around implant placed in the first and second molar region. Two different three-dimensional finite element model were designed according to vertical bone level around fixture ($4.0mm{\times}11.5mm$) on the second molar region. A mandibular segment containing two implant-abutments and a two-unit bridge system was molded as a cancellous core surrounded by a 2mm cortical layer. The mesial and distal section planes of the model were not covered by cortical bone and were constrained in all directions at the nodes. Two vertical loads and oblique loads of 200 N were applied at the center of occlusal surface (load A) or at a position of 2mm apart buccally from the center (load B). Von-Mises stresses were analyzed in the supporting bone. The results were as follows; 1. With the vertical load at the center of occlusal surface, the stress pattern on the cortical and cancellous bones around the implant on model 1 and 2 was changed, while the stress pattern on the cancellous bone with oblique load was not. 2. With the vertical load at the center of occlusal surface, the maximum von-Mises stress appeared in the outer distal side of the cortical bone on Model 1 and 2, while the maximum von-Mises stress appeared in the distal and lingual distal side of the cortical bone with oblique load. 3. With the vertical load at a position of 2 mm apart buccally from the center, there was the distribution of stress on the upper portion of the implant-bone interface and the cortical bone except for the cancellous bone, while there was a distribution of stress on the cancellous bones at the apical and lingual sides around the fixture and on the cortical bone with oblique load. 4. With the changes of the supporting bone on the second molar area, the stress pattern on the upper part of the cortical bone between two implants was changed, while the stress pattern on the cancellous bone was not. The results of this study suggest that establishing the optimum occlusal contact considering the direction and position of the load from the standpoint of stress distribution of surrounding bone will be clinically useful.
The behavior of the fiber reinforced concrete (FRC) base under environmental loads was analyzed numerically as a fundamental study to develop a high structural and functional performance composite pavement system in which the base was formed using FRC and the asphalt or cement concrete surface was placed on it. A two-dimensional finite element model of the FRC base was developed and the sensitivity study was performed with the variables including slab thickness of base, thermal expansion coefficient, elastic modulus, and tensile and compressive strengths. The crack spacing and crack width were selected as representatives of the base behavior. The effects of the selected variables on the crack spacing and crack width were analyzed and the sensitive variables were determined. The results of this study could be useful to determine the optimal material properties of the FRC base for combining well with the surface materials.
The purpose of Part I of this study is to find the potential region of wear scarring on engine journal bearings operating at a constant angular crank shaft velocity under firing conditions. To do this, we calculate the applied loads and eccentricities of a big-end journal bearing installed on a four-stroke and four-cylinder engine at every crank angle. Then, we find potential wear regions, such as a minimum oil film thickness, at every crank angle below most oil film thickness scarring wear (MOFTSW) obtained based on the concept of the centerline average surface roughness. Thus, the wear region is defined as a set of each film thickness below the MOFTSW at every crank angle. In this region, the wear volume changes according to the wear depth and wear angle, depending on the minimum oil film thickness at every crank angle. The total wear volume is the summation during one cycle. Graphical views of the region in the two-dimensional coordinates show the crank angle and bearing angle along the journal center path, indicating the position of the minimum oil film thickness. The results of wear analysis show that the possible wear region is located at a few tens of angles behind the upper center of a big-end bearing at maximum power rpm.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.157-171
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2009
A 151 storey super high-rise building located in an area of reclaimed land constructed over soft marine clay in Songdo, Korea is currently under design. This paper describes the design process of the foundation system of the supertall tower, which is required to support the large building vertical and lateral loads and to restrain the horizontal displacement due to wind and seismic forces. The behaviour of the foundation system due to these loads and foundation stiffness influence the design of the building super structure, displacement of the tower, as well as the raft foundation design. Therefore, the design takes in account the interactions between soil, foundation and super structure, so as to achieve a safe and efficient building performance. The site lies entirely within an area of reclamation underlain by up to 20m of soft to firm marine silty clay, which overlies residual soil and a profile of weathered rock. The nature of the foundation rock materials are highly complex and are interpreted as possible roof pendant metamorphic rocks, which within about 50m from the surface have been affected by weathering which has reduced their strength. The presence of closely spaced joints, sheared and crushed zones within the rock has resulted in deeper areas of weathering of over 80m present within the building footprint. The foundation design process described includes the initial stages of geotechnical site characterization using the results of investigation boreholes and geotechnical parameter selection, and a series of detailed two- and three-dimensional numerical analysis for the Tower foundation comprising over 172 bored piles of varying length. The effect of the overall foundation stiffness and rotation under wind and seismic load is also discussed since the foundation rotation has a direct impact on the overall displacement of the tower.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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