This paper proposes a transfer matrix method for the bending vibration of two types of tapered beams subjected to axial force, and it is applied to analyze tapered beams with an edge or multiple edge open cracks. One beam type is assumed to be reduced linearly in the cross-section height along the beam length. The other type is a tapered beam in which the cross-section height and width with the same taper ratio is linearly reduced simultaneously. Each crack is modeled as two sub-elements connected by a rotational spring, and the method can evaluate the effect of cracking on the desired number of eigenfrequencies using a minimum number of subdivisions. Among the power series available for the solutions, the roots of the differential equation are computed using the Frobenius method. The computed results confirm the accuracy of the method and are compared with previously reported results. The effectiveness of the proposed methods is demonstrated by examining specific examples, and the effects of cracking and axial loading are carefully examined by a comparison of the single and double tapered beam results.
Sangwook Park;Patricia Clayton;Todd A. Helwig;Michael D. Engelhardt;Eric B. Williamson
Steel and Composite Structures
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v.51
no.5
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pp.563-573
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2024
This research experimentally evaluated the local stress distribution along the cross-section of composite beams under both positive and negative moments. The experiment utilized a large-scale, two-story, two-by-three bay steel gravity frame with a concrete on metal deck floor system. The composite shear connections, which are nominally assumed to be pinned under gravity loading, can develop non-negligible moment-resisting capacity when subjected to lateral loads. This paper discusses the local stress distribution, orshear lag effects, observed near the beam-to-column connections when subjected to combined gravity and lateral loading. Strain gauges were used for measurements along the beam depth at varying distances from the connection. The experimental data showed amplified shear lag effects near the unconnected region of the beam web and bottom flange under the applied loading conditions. These results indicate that strain does not vary linearly across the beam cross-section adjacent to the connection components. This insight has implications for the use of experimental strain gauge data in estimating beam demands near the connections. These findings can be beneficial in informing instrumentation plans for future experimental studies on composite beams.
The GaAs epitaxial layers were grown on Si(100) substrates by molecular beam epitaxy (MBE) using the two-step method. The Si(100) substrates were cleaned with three different surface cleaning methods of vacuum heating, As-beam exposure, and Ga-beam deposition at the substrate temperature of $800^{\circ}C$ in the MBE growth chamber. Growth temperature and thickness of the GaAs epitaxial layer were $800^{\circ}C$ and $1{\mu}m$, respectively. The surface structure and properties were investigated by reflection high-energy electron diffraction (RHEED), AFM (Atomic force microscope), DXRD (Double crystal x-ray diffraction), PL (Photoluminescence), and PR (Photoreflectance). From RHEED, the surface structure of GaAs epitaxial layer grown on Si(100) substrate with Ga-beam deposition is ($2{\times}4$). The GaAs epitaxial layer grown on Si(100) substrate with Ga-beam deposition has a high quality.
We report the diffraction behavior of the functionalized sol-gel film composed of two different silanes. One silane (SGDR1) contains disperse red 1 (DR1) that is composed of an azobenzene unit. The other silane (SGCHC) bears a chalcone derivative that is photocrosslinkable under UV irradiation. Two-beam coupling method was employed for fabricating the diffraction gratings. The dynamics of formation and erasure of the gratings was studied in term of the variation of the diffraction efficiency. The decaying behavior of the polarization efficiency was also observed after turning off the two pump beams. For complete erasure of the diffraction gratings, we irradiated the linearly polarized single beam. During two-beam coupling, we irradiated UV light on the film surface. The effects of the photocrosslink between the double bonds in chalcone units on the value and dynamic properties of diffraction efficiency are mainly studied in this work.
An analytical-computational method along with finite element analysis (FEA) has been employed to analyse the dynamic behaviour of deteriorated structures excited by time- varying mass. The present analysis is focused on the comparative study of a double cracked beam with inclined edge cracks and transverse open cracks subjected to traversing mass. The assumed computational method applied is the fourth order Runge-Kutta method. The analysis of the structure has been carried out at constant transit mass and speed. The response of the structure is determined at different crack depth and crack inclination angles. The influence of the parameters like crack depth and crack inclination angles are investigated on the dynamic behaviour of the structure. The results obtained from the assumed computational method are compared with those of the FEA for validation and found good agreements with FEA.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.58-64
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2012
Instead of the surface pattern arranged repeatedly in two axial direction on a plane, we propose double patterns superposing two one-axial linear patterns as a reference target for surface encoding. A upper layer of the superposed pattern is the transparent glass with grooves cut in it at a fixed pitch. The position is sensed by detecting a shift of beam due to difference of a refractive index. And a lower layer is the aluminum with color-coated grooves. The amount of beam reflected on the layer varies according to its targeting position and is detected for encoding. For the above reference pattern, we can detect two-axial positions using only the single beam. Furthermore, the pattern size can be expanded with a size of the detector kept constant, meaning that the measured range can be expanded easily. In this paper, we review the existing optical encoding methods for grid pattern, and discuss the hardware implementation of the suggested surface encoding method.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.5
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pp.377-380
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2012
Laser direct patterning of indium tin oxide(ITO) is one of new methods of direct etching process to replace the conventional photolithography. A diode pumped Q-switched Nd:$YVO_4$ (${\lambda}$= 1,064 nm) laser was used to produce ITO electrode on various transparent oxide semiconductor films such as zinc oxide(ZnO). The laser direct etched ITO patterns on ZnO were compared with those on glass substrate and were considered in terms of the overlapping rate of laser beam. In case of the laser etching on double-layer, it was possible to obtain the higher overlapping rate of laser beam.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1547-1556
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2000
In this paper, an evaluation method of fracture toughness to apply interfacial fracture mechanics was investigated in adhesively bonded double-cantilever beam (DCB) joints. Four types of adhesively bonded DCB joints with an interface crack were prepared for analyses of the stress intensity factors using boundary element method(BEM) and the fracture toughness test. From the results of BEM analysis and fracture toughness experiments, it is found that the stress intensity factor, K1 is a parameter driving the fracture of adhesively bonded joints. Also, the evaluation method of fracture toughness by separated stress intensity factors of mixed mode cracks was proposed and the influences of mode components for its fracture toughness are investigated in adhesively bonded DCB joints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2213-2222
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1996
This paper presents the design process and evaluaation results of a two-axis force transducer for measuring flange reaction forces. A double-cantilever beam structure is used as a sensing element, and its optimal configuration is determined based on the derived strain equations to maximize the sensitivity and minimize the regid body displacements. To reduce the coupling errors between two-axis forces, strain distributions by finite elemetns analysis are utilized and the Wheaststone bridge cricuits composed of strain gages are built such that the output voltage should be zero, although strains of four strain gages are not zero. Calibration test shows that the two-azxis force transducer developed in this paper is useful in measuring flange reaction forces within the coupling error of 5.53%.
Three points bending flexural test was modelled numerically to study the crack propagation in the pre-cracked beams. The pre-existing double internal cracks inside the beam models were considered to investigate the crack propagation and coalescence paths within the modelled samples. Notch configuration effects on the failure stress were considered too. This numerical analysis shown that the propagation of wing cracks emanating from the tips of the pre-existing internal cracks caused the final breaking of beams specimens. It was also shown that when two notches were overlapped, they both mobilized in the failure process and the failure stress was decreased when the notches were located in centre line. However, the failure stress was increased by increasing the bridge area angle. Finally, it was shown that in all cases, there were good agreements between the discrete element method results and, the other numerical and experimental results. In this research, it is tried to improve the understanding of the crack propagation and crack coalescence phenomena in brittle materials which is of paramount importance in the stability analyses of rock and concrete structures, such as the underground openings, rock slopes and tunnel construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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