Dynamic behavior of piezoelectric ZnO nanowires is investigated using finite element analyses (FEA) on FE models constructed based on previous experimental observations in which nanowires having aspect ratios of 1:2. 1:31, and 1:57 are obtained during a hydrothermal process. Modal analyses predict that nanowires will vibrate in lateral bending, uniaxial elongation/contraction, and twisting (torsion), respectively, for the three ratios. The natural frequency for each vibration mode varies depending on the aspect ratio, while the frequencies are in a range of 7.233 MHz to 3.393 GHz. Subsequent transient response analysis predicts that the nanowires will behave quasi-statically within the load frequency range below 10 MHz, implying that the ZnO nanowires have application potentials as structural members of electromechanical systems including nano piezoelectric generators and piezoelectric dynamic strain sensors. When an electric pulse signal is simulated, it is predicted that the nanowires will deform in accordance with the electric signal. Once the electric signal is removed, the nanowires exhibit a specific resonance-like vibration, with the frequency synchronized to the signal frequency. These predictions indicate that the nanowires have additional application potential as piezoelectric actuators and resonators.
The paper presents an investigation of the widely varying mechanical performance and behaviour of steel and Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) reinforced concrete beams using non-destructive techniques of Acoustic Emission (AE) and Digital Image Correlation (DIC) under four-point bending. Laboratory experiments are performed on both differently reinforced concrete beams with 0.33%, 0.52% and 1.11% of tension reinforcement against balanced section. The results show that the ultimate load-carrying capacity increases with an increase in tensile reinforcement in both cases. In addition to that, AE waveform parameters of amplitude and number of AE hits successfully correlates and picks up the divergent mechanism of cracking initiation and progression of failure in steel reinforced and GFRP reinforced concrete beams. AE activity is about 20-30% more in GFRP-RC beams as compared to steel-RC beams. It was primarily due to the lower modulus of elasticity of GFRP bars leading to much larger ductility and deflections as compared to steel-RC beams. Furthermore, AE XY event plots and longitudinal strain profiles using DIC gives an online and real-time visual display of progressive AE activity and strains respectively to efficaciously depict the crack evolution and their advancement in steel-RC and GFRP-RC beams which show a close matching with the micro-and macro-cracks visually observed in the actual beams at various stages of loading.
In this paper, the free and forced vibration analysis of rotating cantilever nanoscale cylindrical beams and tubes is investigated under the external dynamic load to examine the nonlocal effect. A couple of nonlocal strain gradient theories with different beams and tubes theories, involving the Euler-Bernoulli, Timoshenko, Reddy beam theory along with the higher-order tube theory, are assumed to the mathematic model of governing equations employing the Hamilton principle in order to derive the nonlocal governing equations related to the local and accurate nonlocal boundary conditions. The two-dimensional functional graded material (2D-FGM), made by the axially functionally graded (AFG) in conjunction with the porosity distribution in the radial direction, is considered material modeling. Finally, the derived Partial Differential Equations (PDE) are solved via a couple of the generalized differential quadrature element methods (GDQEM) with the Newmark-beta techniques for the time-dependent results. It is indicated that the boundary conditions equations play a crucial task in responding to nonlocal effects for the cantilever structures.
As the key part in the reinforced concrete column-steel beam (RCS) frame, the beam-column joints are usually subjected the axial force, shear force and bending moment under seismic actions. With the aim to study the seismic behavior of RCS joints with and without RC slab, the quasi-static cyclic tests results, including hysteretic curves, slab crack development, failure mode, strain distributions, etc. were discussed in detail. It is shown that the composite action between steel beam and RC slab can significantly enhance the initial stiffness and loading capacity, but lead to a changing of the failure mode from beam flexural failure to the joint shear failure. Based on the analysis of shear failure mechanism, the calculation formula accounting for the influence of RC slab was proposed to estimate shear strength of RCS joint. In addition, the finite element model (FEM) was developed by ABAQUS and a series of parametric analysis model with RC slab was conducted to investigate the influence of the face plates thickness, slab reinforcement diameter, beam web strength and inner concrete strength on the shear strength of joints. Finally, the proposed formula in this paper is verified by the experiment and FEM parametric analysis results.
As electric vehicles (EV) have increasingly replaced the conventional vehicles with internal combustion engines (ICE), most of automotive makers are actively devoting to the technology development of EV parts. Accordingly, the manufacturing process for power source has been also shifting from engine/transmission to EV motor/reducer system. However, lack of experience in developing the EV motor still remains as a technical challenge. In this paper, we employed the forming simulation based on finite element modeling to solve this problem. In particular, in order to increase the accuracy of the forming simulation, we introduced the elastic-plastic constitutive model parameters for polymer-copper hybrid wire by investigating the individual strain-stress curves, and elastic modulus of polymer and copper. Then, the reliability of modeling procedure was confirmed by comparing the simulated results with experiments. Finally, the identified mechanical properties and finite element modeling were applied to a hairpin forming process, which involves multiple deformation paths such as bending, pressing, widening, and twisting. The proposed numerical approach can replace common experience or experiment based trials by reducing production time and cost in the future.
Mohammad Reza Halvaeyfar;Ehsanollah Zeighami;S. Mohammad Mirhosseini;Ali Hassani Joshaghani
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.375-389
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2023
In many fiber concrete beams with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), debonding occurs between the carbon sheets and the concrete due to the low strength of the bonding resin. A total of 42 fiber concrete beams with a cross-section of 10×10 cm with a span length of 50 cm are fabricated and retrofitted with CFRP and subjected to a 4-point bending test. Graphene Oxide (GO) at 1, 2, and 3 wt% of the resin is used to improve the mechanical properties of the bonding resins, and the effect of length, width, and the number of layers of CFRP and resin material are investigated. The crack pattern, failure mode, and stress-strain curve are analyzed and compared in each case. The results showed that adding GO to polyamine resin could improve the bonding between the resin and the fiber concrete beam. Furthermore, the optimum amount of nanomaterials is equal to 2% by the weight of the resin. Using 2% nanomaterials showed that by increasing the length, width, and number of layers, the bearing and stiffness of fiber concrete beams increased significantly.
Obscured structural members are mostly under-evaluated during condition assessment due to lack of visual inspection capability. Insufficient information about the integrity of these structural members poses a significant risk for public safety. Time domain reflectometry (TDR) is a novel approach in structural health monitoring (SHM). Ordinary coaxial cables "as is" without a major modification are not suitable for SHM with TDR. The objective of this study is to propose a practical and cost-effective modification approach to commercially available coaxial cables in order to use them as a "cable sensor" for damage detection with the TDR equipment for obscured structural members. The experimental validation and assessment of the proposed modification approach was achieved by conducting 3-point bending tests of the model piles as a representative obscured structural member. It can be noted that the RG59/U-6 and RG6/U-4 cable sensors expose higher strain sensitivity in comparison with non-modified "as is" versions of the cables used. As a result, the cable sensors have the capability of sensing both the presence and the location of a structural damage with a maximum aberration of 3 cm. Furthermore, the crack development can be monitored by the RG59/U-6 cable sensor with a simple calibration.
Unlike other press forming processes, ISF (Incremental sheet forming) doesn't require a punch and die set. However, during the ISF processes unwanted bending deformation occurred around the target geometry. This paper is aimed to analyze the effect of the die structure, which is supported by bolts, on the geometric accuracy of the ISF processes. In this research, the ISF processes with Al5052 sheet of 0.5 mm, the tool diameter of 6 mm and the stepdown of 0.4 mm was employed. L-shaped, step-shaped, relief-shaped geometry were employed in experiments. Sectional view and the plastic strain were compared. From this research we find out that the bolt supported ISF processes increases the geometric accuracy of products very effectively.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.305-314
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2018
The steel-plate concrete composite beam is composed of a steel plate, concrete and a shear connector to combine the two inhomogeneous materials. In general, the steel plate is assembled by welding an existing composite beam. In this study, a new steel-plate concrete composite (SPCC) beam was developed to reduce the size of the shear connector and improve its workability. The SPCC beam was composed of folded steel plates and concrete, without any shear connector. The folded steel plate was assembled with high strength bolts instead of welding. To improve the workability in field construction, a hat-shaped cap was attached in the junction with the slab. Monotonic two-point load testing was conducted under displacement control mode. The flexural strength of the SPCC beam specimen was calculated to be 76% of that of the complete composite beam by using the plastic stress distribution method and strain compatibility method. The cap acted as the stud and accessory. The synthesis rate could be increased by controlling the gap of the cap, and the bending performance could be evaluated by using the strain fitting method considering the synthesis rate of the SPCC beam.
Longitudinal strain is an important component of seismic design for buried pipelines. A design procedure which determines the wavelength from site natural period and shear wave velocity of the soil layer and closed-form solutions of pipelines under a harmonic motion is typically used in design. However, the applicability of the procedure has not yet been thoroughly investigated. In this paper, displacement-time histories extracted from 1D site response analyses are used in 3D shell-spring model to accurately predict the response of pipelines. The results are closely compared to those from the design procedure. The area of interest is East Siberia. Performing a site response analysis to determine site specific displacement time history is highlighted. The site natural period may be used to predict the predominant period of the acceleration time history, but cannot be used to estimate the predominant period of the displacement time history. If an accurate estimate of the predominant period of the displacement time history is provided, it is demonstrated that the design equation can be successfully used to predict the response of pipelines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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