A stiffness model has been proposed to predict elastic constants of twisted yam composites. The model is based upon the unit cell structure, the coordinate transformation, and the volume averaging of compliance constants for constituent materials. For the correlation of analytic results with experiments, composite samples of various yam twist angles were tested, and strength and Young's modulus under tensile, compressive, and shear loading have been obtained. The sample was fabricated by the RTM process using glass yarns and epoxy resin. The correlations of elastic constants showed relatively good agreements. The model provides the predictions of the three-dimensional engineering constants, which are valuable input data for the analytic characterization of textile composites made of twisted yam.
Resistance spot welding process is completed in very short time and there are many factors affecting on the generation of heat. It is difficult to control these experimental factors and monitor distribution of the temperature and stresses in the experimental analysis case. and too much time and expense are required for the experimental trials to fine proper welding condition. So numerical analyses have been attempted steadily, but most numerical analyses on the resistance spot welding are mainly focused on thermal behavior. Therefore, in this paper, the numerical analysis of mechanical behavior as well as heat conduction is carried out for the spot welding process. For this numerical analysis, axial symmetric computer program for the spot welding analysis by F.E.M. has been developed considering heat conduction and thermal elastic-plastic theory. Material properties depending on temperature such as density, heat conductivity, heat expansion coefficient, specific heat, yield stress, elastic modulus, and specific resistance are considered. Using the results of temperature distribution obtained from heat conduction analysis, the thermal elastic-plastic analysis is carried out to clarify mechanical behavior of spot welded specimen. In order to evaluate the effect of residual stresses, numerical analyses are carried out under tension-shear load in two cases respectively; one with residual stress, the other without residual stresses.
Yang Zhang;Yanping Zhu;Pengfei Ma;Shuilong He;Xudong Shao
Advances in concrete construction
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v.15
no.6
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pp.359-376
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.
Using a Rheometries Fluids Spectrometer (RFS II), the dynamic viscoelastic properties of aqueous poly(ethylene oxide) (PEO) solutions in small amplitude oscillatory shear flow fields have been measured over a wide range of angular frequencies. The angular frequency dependence of the storage and loss moduli at various molecular weights and concentrations was reported in detail, and the result was interpreted using the concept of a Deborah number De. In addition, the experimentally determined critical angular frequency at which the storage and loss moduli become equivalent was compared with the calculated characteristic time (or its inverse value), and their physical significance in analyzing the dynamic viscoelastic behavior was discussed. Finally, the relationship between steady shear flow and dynamic viscoelstic properties was examined by evaluating the applicability of some proposed models that describe the correlations between steady flow viscosity and dynamic viscosity, dynamic fluidity, and complex viscosity. Main results obtained from this study can be summarized as follows: (1) At lower angular frequencies where De<1, the loss modulus is larger than the storage modulus. However, such a relation between the two moduli is reversed at higher angular frequencies where De>l, indicating that the elastic behavior becomes dominant to the viscous behavior at frequency range higher than a critical angular frequency. (2) A critical angular frequency is decreased as an increase in concentration and/or molecular weight. Both the viscous and elastic properties show a stronger dependence on the molecular weight than on the concentration. (3) A characteristic time is increased with increasing concentration and/or molecular weight. The power-law relationship holds between the inverse value of a characteristic time and a critical angular frequency. (4) Among the previously proposed models, the Cox-Merz rule implying the equivalence between the steady flow viscosity and the magnitude of the complex viscosity has the best validity. The Osaki relation can be regarded to some extent as a suitable model. However, the DeWitt, Pao and HusebyBlyler models are not applicable to describe the correlations between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.827-838
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1994
Numerous pavement response models rely on constitutive relationships to describe the response of granular materials. In this study, a nonlinear elastic constitutive model which is a function of bulk stress and octahedral shear stress is proposed to describe the resilient behavior of thick granular base courses under flexible airfield pavements. Special features of this model are its accuracy to predict the nonlinear resilient behavior, its simplicity to determine the material constants and its ability to model the secondary effect of decreasing the resilient modulus due to shear effects. In laboratory tests, the nonlinear resilient behavior of granular materials is investigated and values of resilient moduli are determined to provide data for verifying the proposed model. It is found that the resilient modulus is much more dependent on the states of stresses in terms of bulk stress and deviator stress than any other factors. Result of comparison shows that predicted values of resilient moduli are in good agreement with the measured values indicating that the proposed model is suitable to describe the nonlinear resilient behavior of the granular material with wide range of stress states which meet in airfield pavements.
Samira Hassiba Tagrara;Mohamed Mehdi hamri;Mahmoud Mohamed Selim Saleh;Mofareh Hassan Ghazwani;Abdelbaki Chikh;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdelhakim Kaci;Fouad Bourada;Abdelouahed Tounsi
Steel and Composite Structures
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v.46
no.6
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pp.839-856
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2023
This work presents a simple four-unknown refined integral plate theory for mechanical and thermal buckling behaviors of functionally graded (FG) plates resting on Visco-Pasternak foundations. The proposed refined high order shear deformation theory has a new displacement field which includes indeterminate integral variables and contains only four unknowns in which any shear correction factor not used, with even less than the conventional theory of first shear strain (FSDT). Governing equations are deduced from the principle of minimum total potential energy and a Navier type analytical solution is adopted for simply supported FG plates. The Visco-Pasternak foundations is considered by adding the impact of damping to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's foundation modulus. The accuracy of the present model is demonstrated by comparing the computed results with those available in the literature. Some numerical results are presented to show the impact of material index, elastic foundation type, and damping coefficient of the foundation, on the mechanical and thermal buckling behaviors of FG plates.
Mostefa Sekkak;Rachid Zerrouki;Mohamed Zidour;Abdelouahed Tounsi;Mohamed Bourada;Mahmoud M Selim;Hosam A. Saad
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.509-519
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2024
In this study, the static analysis of carbon nanotube-reinforced composites (CNTRC) beams resting on a Winkler-Pasternak elastic foundation is presented. The developed theories account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfy the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the beam. To study the effect of carbon nanotubes distribution in functionally graded (FG-CNT), we introduce in the equation of CNT volume fraction a new exponent equation. The SWCNTs are assumed to be aligned and distributed in the polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The rule of mixture is used to describe the material properties of the CNTRC beams. The governing equations were derived by employing Hamilton's principle. The models presented in this work are numerically provided to verify the accuracy of the present theory. The analytical solutions are presented, and the obtained results are compared with the existing solutions to verify the validity of the developed theories. Many parameters are investigated, such as the Pasternak shear modulus parameter, the Winkler modulus parameter, the volume fraction, and the order of the exponent in the volume fraction equation. New results obtained from bending and stresses are presented and discussed in detail. From the obtained results, it became clear the influence of the exponential CNTs distribution and Winkler-Pasternak model improved the mechanical properties of the CNTRC beams.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.3
no.1
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pp.58-63
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2015
Several researches on cement zero concrete using alkali-activators have been conducted to investigate its fundamental material properties such as slump, strength and durability, however, research on the structural behavior of relevant members involving the elastic modulus, stress-strain relationship is essential for the application of this cement zero concrete to structural members. In this paper the shear behavior of reinforced concrete beams using 50 MPa-alkali activated slag concrete was experimentally evaluated. To achieve such a goal, six reinforced concrete beam specimens were fabricated and their shear behaviors were observed. The maximum difference between test results and analysis results in crack shear stress for beam specimens without stirrups is 31%, while that for beam specimens with stirrup is 15%. Furthermore, it is also found that the shear strength of alkali activated slag concrete is by 22~57% greater than the nominal shear strength calculated by design code, implying that shear design equations would provide conservative results on the safety side.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.407-414
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2004
Interfacial properties between rock mass and shotcrete play a significant role in the transmission of loads from the ground to shotcrete. These properties have a major effect on the behaviours of rock mass and shotcrete. They, however, have merely been assumed in most of numerical analyses, and little care has been taken in identifying them. This paper aimed to identify interfacial properties including cohesion, tension, friction angle, shear stiffness, and normal stiffness, through direct shear tests as well as interface normal compression tests for shotcrete/rock cores obtained from a tunnel sidewall. Mechanical properties such as compression strength and elastic modulus were also measured to compare them with the time-dependent variation of interfacial properties. Based on experiments, interfacial properties between rock and shotcrete showed a significant time-dependent variation similar to those of its mechanical properties. In addition, the time-dependent behaviours of interfacial properties can be well regressed through exponential and logarithmic functions of time.
Cho, Hyung Ik;Kim, Han Saem;Sun, Chang-Guk;Kim, Dong Soo
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.5
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pp.371-384
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2020
A settlement prediction method based on shear wave velocity measurements and soil nonlinearity was recently developed and verified by means of centrifuge tests. However, the method was only applicable to heavily overconsolidated soil deposits under enlarged yield surfaces. In this study, the settlement evaluation method was refined to consider the stress history of the sublayer, based on an overconsolidation ratio evaluation technique, and thereby incorporate irrecoverable plastic deformation in the settlement calculation. A relationship between the small-strain shear modulus and overconsolidation ratio, which can be determined from laboratory tests, was adopted to describe the stress history of the subsurface. Based on the overconsolidation ratio determined, the value of an empirical coefficient that reflects the effect of plastic deformation over the elastic region is determined by comparing the overconsolidation ratio with the stress increment transmitted by the surface design load. The refined method that incorporate this empirical coefficient was successfully validated by means of centrifuge tests, even under normally consolidated loading conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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