As a relatively new type of multi-layered rubber-based seismic isolators, fiber-reinforced elastomeric isolators (FREIs) are composed of several thin rubber layers reinforced with flexible fiber sheets. Limited analytical studies in literature have pointed out that "warping" (distortion) of reinforcing sheets has significant influence on buckling behavior of FREIs. However, none of these studies, to the best knowledge of authors, has investigated their warping behavior, thoroughly. This study aims to investigate, in detail, the warping behavior of strip-shaped FREIs by deriving advanced analytical solutions without utilizing the commonly used "pressure", incompressibility, inextensibility and the "linear axial displacement variation through the thickness" assumptions. Studies show that the warping behavior of FREIs mainly depends on the (i) aspect ratio (shape factor) of the interior elastomer layers, (ii) Poisson's ratio of the elastomer and (iii) extensibility of the fiber sheets. The basic assumptions of the "pressure" method as well as the commonly used incompressibility assumption are valid only for isolators with relatively large shape factors, strictly incompressible elastomeric material and nearly inextensible fiber reinforcement.
Kar, Vishesh R.;Panda, Subrata K.;Mahapatra, Trupti R.
Advances in materials Research
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v.5
no.4
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pp.205-221
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2016
In this article, the buckling responses of functionally graded curved (spherical, cylindrical, hyperbolic and elliptical) shell panels under elevated temperature load are investigated numerically using finite element steps. The effective material properties of the functionally graded shell panel are evaluated using Voigt's micromechanical model through the power-law distribution with and without temperature dependent properties. The mathematical model is developed using the higher-order shear deformation theory in conjunction with Green-Lagrange type nonlinear strain to consider large geometrical distortion under thermal load. The efficacy of the proposed model has been checked and the effects of various geometrical and material parameters on the buckling load are analysed in details.
Pultruded cross-sections are always thin-walled due to constraints in the manufacturing process. Thus, the buckling strength determines the overall strength of the member. The elastic buckling of pultruded angle sections subjected to direct compression is studied. The lateral-torsional buckling, very likely to appear in thin-walled cross-sections, is investigated. Plate theory is used to allow for cross-sectional distortion. Shear effects and bending-twisting coupling are accounted for in the analysis because of their significant role. A simplified approach for determining the maximum load of equal leg angle sections under compression is presented. The analytical results obtained in this study are compared to the manufacturer's design guidelines for compression members as well as with the design specifications for steel structural members. Experimental results are obtained for various length specimens of pultruded angle sections. The results presented in this paper correspond to actual pultruded equal leg angle sections being used in civil engineering structures.
Katariya, Pankaj V.;Panda, Subrata K.;Mahapatra, Trupti R.
Advances in materials Research
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v.6
no.4
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pp.349-361
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2017
The nonlinear thermal buckling load parameter of the laminated composite panel structure is investigated numerically using the higher-order theory including the stretching effect through the thickness and presented in this research article. The large geometrical distortion of the curved panel structure due to the elevated thermal loading is modeled via Green-Lagrange strain field including all of the higher-order terms to achieve the required generality. The desired solutions are obtained numerically using the finite element steps in conjunction with the direct iterative method. The concurrence of the present nonlinear panel model has been established via adequate comparison study with available published data. Finally, the effect of different influential parameters which affect the nonlinear buckling strength of laminated composite structure are examined through numerous numerical examples and discussed in details.
The thermal buckling temperature values of the graded carbon nanotube reinforced composite shell structure is explored using higher-order mid-plane kinematics and multiscale constituent modeling under two different thermal fields. The critical values of buckling temperature including the effect of in-plane thermal loading are computed numerically by minimizing the final energy expression through a linear isoparametric finite element technique. The governing equation of the multiscale nanocomposite is derived via the variational principle including the geometrical distortion through Green-Lagrange strain. Additionally, the model includes different grading patterns of nanotube through the panel thickness to improve the structural strength. The reliability and accuracy of the developed finite element model are varified by comparison and convergence studies. Finally, the applicability of present developed model was highlight by enlighten several numerical examples for various type shell geometries and design parameters.
The finite element solutions of thermal buckling load values of the graded sandwich curved shell structure are reported in this research using a higher-order kinematic model including the shear deformation effect. The numerical buckling temperature has been computed using an in-house specialized code (MATLAB environment) prepared in the framework of the current mathematical formulation. In addition, the mathematical model includes the excess structural distortion under the influence of elevated environment via Green-Lagrange nonlinear strain. The corresponding eigenvalue equation has been solved to predict the critical buckling temperature of the graded sandwich structure. The numerical stability and the accuracy of the current solution have been confirmed by comparing with the available published results. Thereafter, the model is extended to bring out the influences of structural parameters i.e. the curvature ratio, core-face thickness ratio, support conditions, power-law indices and sandwich types on the thermal buckling behavior of graded sandwich curved shell panels.
In this paper, the inelastic buckling behavior of the beam under uniform bending was investigated using the energy-based method, which can tackle problems in fourth order eigenvalue. The pattern of residual stress was not available to satisfy the I-sections manufactured in Korea. however; therefore, the well-known polynomial and simplified pattern of residual stress was adopted in this study. The inelastic lateral-distortional buckling behavior of the beam with I-sections manufactured in Korea was investigated. The study was then extended to the inelastic lateral-torsional buckling of the beam by minimizing the out-of-plane web distortion. The inelastic lateral-torsional buckling results obtained in this paper were compared with the prediction of allowable bending stress given in the Korean steel designers' manual (1995). Results showed that the importance of inelastic lateral-distortional buckling did not arise for beams under uniform bending. Likewise, the design method in KSDM (1995) was proven to bo too conservative for intermediate and short spans of beams without intermediate bracing.
This study investigated the inelastic lateral-torsional buckling of simply supported beams under a central concentrated load and a uniformly distributed load. A line-type finite element, method was incorporated with the "so-called" simplified and polynomial patterns of residual stresses. The effect of the load height was also considered in this study. The polynomial residual stresses assumed in this study was a quartic distribution in the flange and a parabolic distribution in the web. The inelastic lateral-torsional buckling of beam was analyzed with four different I-sections manufactured in Korea. Results obtained in this study were compared with KSDM(design method in the 1995 Korean Steel Designers' Manual). The design method in KSDM was found to be generally conservative with and without a sub-beam attached to the main beam, which acted as an intermediate restraint.
The present article reported the thermal buckling strength of the sandwich shell panel structure and subsequent improvement of the same by embedding shape memory alloy (SMA) fibre via a general higher-order mathematical model in conjunction with finite element method. The geometrical distortion of the panel structure due to the temperature is included using Green-Lagrange strain-displacement relations. In addition, the material nonlinearity of SMA fibre due to the elevated thermal environment also incorporated in the current analysis through the marching technique. The final form of the equilibrium equation is obtained by minimising the total potential energy functional and solved computationally with the help of an original MATLAB code. The convergence and the accuracy of the developed model are demonstrated by solving similar kind of published numerical examples including the necessary input parameter. After the necessary establishment of the newly developed numerical solution, the model is extended further to examine the effect of the different structural parameters (side-to-thickness ratios, curvature ratios, core-to-face thickness ratios, volume fractions of SMA fibre and end conditions) on the buckling strength of the SMA embedded sandwich composite shell panel including the different geometrical configurations.
Objectives: This study compared the mechanical properties of various instruments for canal exploration and glide-path preparations. Materials and Methods: The buckling resistance, bending stiffness, ultimate torsional strength, and fracture angle under torsional load were compared for C+ file (CP, Dentsply Maillefer), M access K-file (MA, Dentsply Maillefer), Mani K-file (MN, Mani), and NiTiFlex K-file (NT, Dentsply Maillefer). The files of ISO size #15 and a shaft length of 25 mm were selected. For measuring buckling resistance (n = 10), the files were loaded in the axial direction of the shaft, and the maximum load was measured during the files' deflection. The files (n = 10) were fixed at 3 mm from the tip and then bent $45^{\circ}$ with respect to their long axis, while the bending force was recorded by a load cell. For measuring the torsional properties, the files (n = 10) were also fixed at 3 mm, and clockwise rotations (2 rpm) were applied to the files in a straight state. The torsional load and the distortion angle were recorded until the files succumbed to the torque. Results: The CP was shown to require the highest load to buckle and bend the files, and the NT showed the least. While MA and MN showed similar buckling resistances, MN showed higher bending stiffness than MA. The NT had the lowest bending stiffness and ultimate torsional strength (p < 0.05). Conclusions: The tested instruments showed different mechanical properties depending on the evaluated parameters. CP and NT files were revealed to be the stiffest and the most flexible instruments, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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