This study is about design and verification of stress reduction of bearings for wind turbines. In a slewing bearing having a typical four-contact structure, the contact point moves to the end of the raceway due to a large moment load, resulting in a stress concentration. A bearing was designed to reduce such contact point movement. The deformation behavior of typical ball bearings and newly designed bearings was calculated through finite element analysis under ultimate load by replacing the ball with a spring element. The contact stress between the ball and the raceway was calculated by finite element analysis by inputting the deformation behavior analysis result as a boundary condition. The effectiveness of the bearing stress analysis method using spring elements was verified through comparison of the contact stress according to the bearing structure.
Yang, Yong;Yu, Yunlong;Zhou, Xianwei;Roeder, Charles W.;Huo, Xudong
Steel and Composite Structures
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v.21
no.3
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pp.537-551
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2016
A new type of composite beam which consists of a wide flange steel shape beam and an innovative type of composite slab was introduced. The composite slab is composed of concrete slab and normal flat steel plates, which are connected by perfobond shear connectors (PBL shear connectors). This paper describes experiments of two large-scale specimens of that composite beam. Both specimens were loaded at two symmetric points for 4-point loading status, and mechanical behaviors under hogging and sagging bending moments were investigated respectively. During the experiments, the crack patterns, failure modes, failure mechanism and ultimate bending capacity of composite beam specimens were investigated, and the strains of concrete and flat steel plate as well as steel shapes were measured and recorded. As shown from the experimental results, composite actions were fully developed between the steel shape and the composite slab, this new type of composite beams was found to have good mechanical performance both under hogging and sagging bending moment with high bending capacity, substantial flexure rigidity and good ductility. It was further shown that the plane-section assumption was verified. Moreover, a design procedure including calculation methods of bending capacity of this new type of composite beam was studied and proposed based on the experimental results, and the calculation methods based on the plane-section assumption and plastic theories were also verified by comparisons of the calculated results and experimental results, which were agreed with each other.
The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.1
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pp.117-124
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1991
In this paper, a method to overcome inefficiency of the finite element method in the calculation of compressive strength of one-sided stiffened plates, is proposed. In this method the collapse modes of stiffened plates are assumed as follows. a) Overall buckling $\rightarrow$ Overall collapse b) Local buckling $\rightarrow$ Overall collapse c) Local buckling $\rightarrow$ Local collapse In each collapse mode, shape of deflection is assumed, and then elastic large deformation analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out. One-sided stiffening effect is considered by taking into account of the moment due to eccentricity. Plastic analysis by assuming hinge lines is also carried out. The ultimate strength of a stiffened plate is obtained as the point of intersection of the elastic analysis curve and the plastic one. From this study, it is concluded that the angles between the plastic hinge lines in plastic collapse mode are determined as the ones which give the minimum collapse load, and these angles are different from the ones assumed in the previous studies. Minimum stiffness ratios can also be calculated. Calculated results according to this method show good agreements with the results by the finite element method.
Shehab, Hamdy K.;Eisa, Ahmed S.;El-Awady, Kareem A.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.327-341
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2017
Openings in slabs are usually required for many different applications such as aeriation ducts and air conditioning. Opening in concrete slabs due to cutouts significantly decrease the member stiffness. There are different techniques to strengthen slabs with opening cutouts. This study presents experimental and numerical investigations on the use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) as strengthening material to strengthen and restore the load carrying capacity of R.C. slabs after having cutout in the hogging moment region. The experimental program consisted of testing five (oneway spanning R.C. flat slabs) with overhang. All slabs were prismatic, rectangular in cross-section and nominally 2000 mm long, 1000 mm width, and 100 mm thickness with a clear span (distance between supports) of 1200 mm and the overhang length is 700 mm. All slabs were loaded up to 30 kN (45% of ultimate load for reference slab, before yielding of the longitudinal reinforcement), then the load was kept constant during cutting concrete and steel bars (producing cut out). After that operation, slabs were loaded till failure. An analytical study using finite element analysis (FEA) is performed using the commercial software ANSYS. The FEA has been validated and calibrated using the experimental results. The FE model was found to be in a good agreement with the experimental results. The investigated key parameters were slab aspect ratio for the opening ratios of [1:1, 2:1], CFRP layers and the laminates widths, positions for cutouts and the CFRP configurations around cutouts.
Kwak, Sang Won;Ha, Jung-Hong;Ahn, Sang Mi;Kim, Hyeon-Cheol
The Journal of the Korean dental association
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v.57
no.11
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pp.672-678
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2019
AIM: The purpose of this study was to evaluate and compare the torsional fracture resistances, cyclic fatigue resistance, and bending stiffness of two nickel-titanium (NiTi) rotary instruments made of different heat-treated alloy: Aurum Blue (heat-treated) and Aurum Pro (conventional). Methods: Forty-five Aurum Blue and Aurum Pro NiTi files were selected for the three mechanical tests (n=15). For the torsional resistance test, 3 mm file tip was fixed and the shaft was driven clockwise at 2 rpm until fracture occurred by using a customized device. Cyclic fatigue resistance was evaluated by rotating instruments in artificial canal with dynamic mode. Bending stiffness was tested by observation of the bending moment on attaining a 45° bend. The results were analyzed by student-t tests at a significance level of 95%. The fractured surface of each groups were examined under a scanning electron microscope (SEM). Results: Aurum Blue showed significantly higher toughness, ultimate strength, distortion angle, and number of cycles to failure than those of Aurum Pro (p < 0.05). However, Aurum Blue and Aurum Pro did not differ significantly in terms of bending stiffness. SEM showed typical topographic appearances of the cyclic fatigue and torsional fracture. Conclusions: Under the limitations of this study, heat-treated instruments showed higher flexibility and fracture resistances than conventional NiTi instruments.
This paper suggests study of basic structure design and structural analysis for the twin car-ferries. The rules and methodology for the analysis of strength of medium and small high speed vessels with a length of more than 50m and a width / ratio of more than 12, such as car-ferries, have not been clarified yet. Therefore, in this paper, the scantling of the members is based on the Korea Classification standards, and the car-ferries standards were additionally applied to verify the structural strength of the design. The results of this study are expected to be useful as basic data related to structural design and structural analysis of high speed twin car-ferries.
The design criteria and the corresponding performance levels characterize the response of extended stiffened end-plate beam-to-column joints. In order to guarantee a ductile behavior, hierarchy criteria should be adopted to enforce the plastic deformations in the ductile components of the joint. However, the effectiveness of thesecriteria can be impaired if the actual resistance of the end-plate material largely differs from the design value due to the potential activation of brittle failure modes of the bolt rows (e.g., occurrence of failure mode 3 in the place of mode 1 per bolt row). Also the number and the position of bolt rows directly affect the joint response. The presence of a bolt row in the center of the connection does not improve the strength of the joint under both gravity, wind and seismic loading, but it can modify the damage pattern of ductile connections, reducing the gap opening between the end-plate and the column face. On the other hand, the presence of a central bolt row can influence the capacity of the joint to resist the catenary actions developing under a column loss scenario, thus improving the joint robustness. Aiming at investigating the influence of these features on both the cyclic behavior and the response under column loss, a wide range of finite element analyses (FEAs) were performed and the main results are described and discussed in this paper.
Ten Half precast concrete slabs reinforced with welded deformed wire fabric were tested under two concentrated loads to investigate the flexural moment and ductile capacity. The test variables were the compressive strength of topping concrete, quantitative roughness, and reinforcernent ratio. The effects of each test variables were studied separately. Test results were as followings. The ultimate strength design method is applicable to predict flexural strength for Half P.C. concrete slab with welded deformed wire fabric and quantitative roughness. It is
proper to consider 0.0035 strain ;is yielding stress of the welded deformed wire fabric. The ductility index of Half precast concrete slab with welded deformed wire fabric showed lower value. Therefore to enhance the ductility capacity the normal defomed bar should be used with the welded deformed wire fabric for the longitudinal reinforcement.
Half-P.C. slab system is the composite structural system which utilizes precast concrete for lower portion and cast in situ concrete for upper portion slab. When the composite slab using Half P.C. slab is deformed by flexural moment, horizontal shear happened at the interface between Half P.C. slab and topping concrete. To resist horizontal shear strength a scratch method has tried. To determine ultimate interface shear strength, shear stress, and shear coefficient, high and normal strength concrete are used for topping concrete. Major variables are compressive strength of topping concrete with or without shear reinforcement, quantitative roughness of the P.C. :surface and tie or untie of the stud with welded deformed wire fabric in the P.C. member. The Icross sectional area on joints is 3,200 $cm^2$ in all specimens. Test results showed that shear stress increased, as the depth of the quantitative roughness increased. The horizontal shear strength could be resisted with safe by the quantitative roughness without shear tie. A shear coefficient determinant equation is proposed such that K = 0.025918 + 0.0068894$\cdot$R – 0.000182354${\cdot}R^2$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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