In this paper, an electroelastic analysis is performed on a piezoelectric material with an open crack in anti-plane deformation. Bueckner’s weight function theory is extended to piezoelectric materials in anti-plane deformation. The stress intensity factors and electric displacement intensity factor are calculated by the weight function theory.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.3
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pp.60-63
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2007
Weight functions in fracture mechanics represent the stress intensity factors as weighted averages of the externally impressed boundary tractions and body forces. We extended the weight function theory for cracked linear elastic materials to calculate the notch stress intensity factor of a notched structure with anti-plane deformation. The well-known method of deriving weight functions by differentiation cannot be used for notched structures. By combining an appropriate singular field with a regular field, we derived weight functions for the notch stress intensity factor. Closed expressions of weight functions for notched cylindrical bodies are given as examples.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.496-505
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2000
A semi-infinite parallel crack propagated with constant velocity in two bonded anisotropic strip under anti-plane clamped displacement is analyzed. Using Fourier integral transform a Wiener-Hopf equation is derived. By solving this equation the asymptotic stress and displacement fields near the crack tip are determined, where the results give the more general expression applicable to the extent of the anisotropic material having one plane of elastic symmetry for the parallel crack. The dynamic stress intensity factor and energy release rate are also obtained as a closed form, which are the results applicable to the problem both of dynamic and static crack under the same geometry as this study. The stress intensity factor approaches zero at the critical crack velocity which is less than the shear wave velocity, but in typical case of isotropic or orthotropic material agrees with the velocity of shear wave. Also a circular shear stress around crack tip is considered, from which the stress is shown to be approximately symmetric about the horizontal axis. Referring to the maximum stress criteria, it could be shown that a brenched crack is formed by crack growth as crack velocity increases.
A semi-infinite interfacial crack propagated with constant velocity in two bonded anisotropic strip under out-of-plane clamped displacements is analyzed. The asymptotic stress and displacement fields near the crack tip are obtained, where the results get more general expressions applicable not only to isotropic/orthotropic materials but also to the extent of the anisotropic material having one plane of elastic symmetry for the interfacial crack. The dynamic stress intensity factor is obtained as a closed form, which is decreased as the velocity of crack propagation increases. The critical velocity where the stress intensity factor comes to zero is obtained, which agrees with the lower value between the critical values of parallel crack merged in the material 1 and 2 adjacent to the interface. The dynamic energy release rate is also obtained as a form related to the stress intensity factor.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.4
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pp.21-27
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1998
In the case of existing in free-edge delaminations of composite laminates which are symmetry with respect to mid-plane in laminates also, in the case of asymmetry and anti-symmetry, the generalized quasi-three dimensional displacement field equations developed from quasi-three dimensional displacement field equations can be applied to solve above cases. We introduce three paramenters in this paper, which have not been used in quasi-three dimensional displacement field equations until now. To the laminate subjected to the axial extension strain $\varepsilon$0(C1) in $\chi$-direction, the bending deformation $\chi$$\chi$(C$_2$) around у-direction, the bending deformation w$\chi$(C$_4$) around z-direction and the twisting deformation $\chi$$\chi$y(C$_3$) around $\chi$-direction .The generalized quasi-three dimensional displacement field equations are able to be analyzed efectively.
H. Mataich;A. El Amrani;J. El Mekkaoui;B. El Amrani
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.391-401
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2024
The present study focuses on the effect of extension-bending coupling on the elastic stability (buckling) of laminated composite plates. These plates will be loaded under uni-axial or bi-axial in-plane mechanical loads, especially in the orthotropic or anti-symmetric cross-angle cases. The main objective is to find a limit where we can approximate the elastic stability behavior of angularly crossed anti-symmetric plates by the simple behavior of specially orthotropic plates. The contribution of my present study is to predict the explicit effect of extension-flexion coupling on the elastic stability of this type of panel. Critically, a parametric study is carried out, involving the search for the critical buckling load as a function of deformation mode, aspect ratio, plate anisotropy ratio and finally the study of the effect of lamination angle and number of layers on the contribution of extension-flexure coupling in terms of plate buckling stability. We use first-order shear deformation theory (FSDT) with a correction factor of 5/6. Simply supported conditions along the four boundaries are adopted where we can develop closed-form analytical solutions obtained by a Navier development.
In this study, interaction of several interface cracks located between a functionally graded material (FGM) layer and an elastic layer under anti-plane deformation based on the distributed dislocation technique (DDT) is analyzed. The variation of the shear modulus of the functionally graded coating is modeled by an exponential and linear function along the thickness of the layer. The complex Fourier transform is applied to governing equation to derive a system of singular integral equations with Cauchy type kernel. These equations are solved by a numerical method to obtain the stress intensity factors (SIFs) at the crack tips. The effects of non-homogeneity parameters for exponentially and linearly form of shear modulus, the thickness of the layers and the length of crack on the SIFs for several interface cracks are investigated. The results reveal that the magnitude of SIFs decrease with increasing of FG parameter and thickness of FGM layer. The values of SIFs for FGM layer with exponential form is less than the linear form.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.12
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pp.614-621
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2019
A generalized laminated composite beam element is presented for the flexural and buckling analysis of laminated composite beams with double and single symmetric cross-sections. Based on shear-deformable beam theory, the present beam model accounts for transverse shear and warping deformations, as well as all coupling terms caused by material anisotropy. The plane stress and plane strain assumptions were used along with the cross-sectional stiffness coefficients obtained from the analytical technique for different cross-sections. Two types of one-dimensional beam elements with seven degrees-of-freedom per node, including warping deformation, i.e., three-node and four-node elements, are proposed to predict the flexural behavior of symmetric or anti-symmetric laminated beams. To alleviate the shear-locking problem, a reduced integration scheme was employed in this study. The buckling load of laminated composite beams under axial compression was then calculated using the derived geometric block stiffness. To demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed beam elements, the results based on three-node beam element were compared with those of other researchers and ABAQUS finite elements. The effects of coupling and shear deformation, support conditions, load forms, span-to-height ratio, lamination architecture on the flexural response, and buckling load of composite beams were investigated. The convergence of two different beam elements was also performed.
Zhang, Yanjun;Nian, Tingkai;Zheng, Defeng;Zheng, Lu
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.4
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pp.457-469
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2016
Steep rock slope with water-filled tension crack will happen to overturn around the toe of the slope under seismic loading. This failure type is completely different from the common toppling failure occurring in anti-dipping layered rock mass slopes with steeply dipping discontinuities. This paper presents an analytical approach to determine the seismic factor of safety against overturning for an intact rock mass slope with water-filled tension crack considering horizontal and vertical seismic coefficients. This solution is a generalized explicit expression and is derived using the moment equilibrium approach. A numerical program based on discontinuous deformation analysis (DDA) is adopted to validate the analytical results. The parametric study is carried out to adequately investigate the effect of horizontal and vertical seismic coefficients on the overall stability against overturning for a saturated rock slope under two water pressure modes. The analytical results show that vertically upward seismic inertia force or/and second water pressure distribution mode will remarkably decrease the slope stability against overturning. Finally, several representative design charts of slopes also are presented for the practical application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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