Stiff and light fibre reinforced composites as used in air- and space-craft applications tend to high sound emission. Therefore, the damping properties are essential for the entire structural and acoustic engineering. Viscous damping is an established and reasonably linear model of the dissipation behaviour. Commonly, it is assumed to be isotropic and constant over all modes. For anisotropic materials it depends on the fibre orientation as well as the elastic and thermal material properties. To portray the orthogonal anisotropic behaviour, a model for unidirectional fibre reinforced plastics (frp) has been developed based on the classical laminate theory by ADAMS and BACON starting in 1973. Their approach includes three damping coefficients - for longitudinal damping in fibre direction, damping transversal to the fibres and shear based dissipation. The damping of a laminate is then accumulated layer wise including the anisotropic stiffness. So far, the model has been applied mainly to thermoset matrix materials. In this study, an experimental parameter estimation for different thermoplastic frp with angle ply and cross ply layups was carried out by measuring free vibrations of cantilever beams. The results show potential and limits of the ADAMS/BACON damping criterion. In addition, a possibility of modelling the anisotropic damping is shown. The implementation in standard FEA software is used to study the influence of boundary conditions on the damping properties and numerically estimate the radiated sound power of thin-walled frp parts.
Pituba, Jose J. De C.;Delalibera, Rodrigo G.;Rodrigues, Fabio S.
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.307-330
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2012
This work intends to contribute for the improvement of the procedure suggested by Brazilian Technical Code that takes into account the cracked concrete stiffness in the estimative of the displacement of reinforced concrete beams submitted to service loads. A damage constitutive model accounting for induced anisotropy, plastic deformations and bimodular elastic response is used in order to simulate the concrete behaviour, while an elastoplastic behaviour is admitted for the reinforcement. The constitutive models were implemented in a program for bars structures analysis with layered finite elements. Initially, the damage model is briefly presented as well as the parametric identification of the materials that have been used in the reinforced concrete beams. After that, beams with different geometries and reinforcement area are analyzed and a statistical method (ANOVA) is employed in order to identify the main variables in the problem. Soon after, the same procedure is used with another resistance of concrete, where the compression strength is changed. The numerical responses are compared with the ones obtained by Brazilian Technical Code and experimental tests in order to validate the use of the damage model. Finally, some remarks are discussed based on responses presented in this work.
Jurassic granite from Pocheon area were tested to investigate the effect of microcracks on mechanical properties of the granite. Three oriented core specimens were used for uniaxial compressive tests and each core specimen are perpendicular to the axes'R'(rift plane),'c'(grain plane) and'H'(hardway plane), respectively Among vacious elastic constants, the variation of Poisson's ratio as function of the directions was examined. From the related chart between ratio of failure strength and Poisson's ratio, H-specimen shows the highest range in Poisson's ratio and Poisson's ratio decreases in the order of C-specimen and R-specimen. The curve pattern is nearly linear in stage $I\simIII$ but the slope increases abruptly in stage H-3. As shown in the related chart, diverging point of a curve is formed when ratio of failure strength is $0.92\sim0.96$ Stage IV -3 is out of elastic region. The behaviour of rock in the four fracturing stages was analyzed in term of the stress-volumetric strain me. From the stress increment-volumetric strain equations governing the behaviour of rock, characteristic material constants, a, n, Q, m and $\varepsilon_v^{mcf}$, were determined. Among these, inherent microcrack porosity$(a, 10^{-3})$ and compaction exponent(n) in the microcrack closure region(stage I ) show an order of $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)\;and\;n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4, respectively. Especially, critical volumetric microcrack strain($\varepsilon_v^{mcf}$) in the stage W is highest in the H-specimen, normal to the hardway plane. These results indicate a strong correlation between two major sets of microcracks and mechanical properties such as Poisson's ratio and material constants. Correlation of strength anisotropy with microcrack orientation can have important application in rock fracture studies.
The Cu/Ni/Cu(002)/Si(100) films which have perpendicular magnetic anisotropy were deposited by e-beam evaporation methods. From the reflection high energy electron diffraction pattern, the films were confirmed to be grown epitaxially on silicon. After 2X lots ions/$\textrm{cm}^2$ C+ irradiation, magnetic easy-axis was changed from surface normal to in-plane as shown in the hysteresis loop of magneto-optical Kerr effects. It became manifest from analysis of X-ray reflectivity and grazing incident X-ray diffraction that even though interface between top Cu layer and Ni layer became rougher, the contrast of Cu and Ni's electron density became manifest after ion irradiation. In addition, the strain after deposition of the films was relaxed after ion irradiation. Strain relaxation related with change of magnetic properties and mechanism of intermixed layer's formation was explained by thermo-chemical driving force due to elastic and inelastic collision of ions.
Seismic modeling is used to simulate wave propagation in the earth. Although the earth's subsurface is usually semi-infinite, we cannot handle the semi-infinite model in seismic modeling because of limited computational resources. For this reason, we usually assume a finite-sized model in seismic modeling. In that case, we need to eliminate the edge reflections arising from the artificial boundaries introducing a proper boundary condition. In this study, we changed three kinds of boundary conditions (sponge boundary condition, Clayton and Engquist's absorbing boundary condition, and Higdon's transparent boundary condition) so that they can be applied in elastic wave modeling for anisotropic media. We then apply them to several models whose Poisson's ratios are different. Clayton and Engquist's absorbing boundary condition is unstable in both isotropic and anisotropic media, when Poisson's ratio is large. This indicates that the absorbing boundary condition can be applied in anisotropic media restrictively. Although the sponge boundary condition yields good results for both isotropic and anisotropic media, it requires too much computational memory and time. On the other hand, Higdon's transparent boundary condition is not only inexpensive, but also reduce reflections over a wide range of incident angles. We think that Higdon's transparent boundary condition can be a method of choice for anisotropic media, where Poisson's ratio is large.
This paper compares the two- and three-dimensional (2D and 3D) approaches for the numerical determination of the equivalent mechanical properties of fractured rock masses. Both orthogonally-fractured model and discrete fracture networks (DFN) were used for the geometry and 2D models were cut in various directions from 3D model to compare their mechanical properties. Geological data were loosely based on the data available from Sellafield, UK. Analytical method based on compliance tensor transformation was used for investigation in orthogonally fractured rock and numerical experiments were conducted on fractured rock mass with DFN geometry. It is shown that 2D approach always overestimates the elastic modulus of fractured rock masses by a factor of up to around two because fractures are assumed to be perpendicular to the model plane in 2D problems. Poisson ratios tend to have larger values in 2D analysis while there is opposite trend in some sections. The study quantitatively demonstrates the limitation of the 2D approach that uses the simplified model from true 3D geometry.
Im Kwang-Hee;Hsu, David K.;Sim Jae-Gi;Yang, In-Young;Song, Sung-Jin
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.6
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pp.566-576
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2003
Carbon-fiber reinforced plastics (CFRP) composite laminates often possess strong in-plane elastic anisotropy attributable to the fiber orientation and layup sequence. The layup orientation thus greatly influences its properties in a composite laminate. It could result in the part being rejected or discarded if the layup orientation of a ply is misaligned. A nondestructive technique would be very beneficial, which could be used to test the part after curing and to require less time than the optical test. In this paper, ultrasonic scanners were set out for different measurement modalities for acquiring ultrasonic signals as a function of in-plane azimuthal angle. The motorized scanner was built first for making transmission measurements using a pair of normal-incidence shear wave transducers. Another scanner was then built fer the acousto-ultrasonic configuration using contact transducers. A ply-by-ply vector decomposition model has been developed, simplified, and implemented for composite laminates fabricated from unidirectional plies. We have compared the test results with model data. It is found that strong agreement are shown between tests and the model developed in characterizing cured layups of the laminates.
When tunnels or underground structures are constructed in anisotropic rock mass, designers and constructors have to consider the anisotropic characteristics in rock mass because their physical and mechanical properties are depended on the anisotropic angles(${\beta}$). In this study, therefore, we have first investigated the mechanical behavior of the gneiss specimen from lab. tests, and then have analysed the behavior of specimens for to the transversely isotropic model in elastic medium using the FLAC program. The results of this study were summarized as follows; 1) In the result of the variation tests, in general, the properties of strength were depended on the angle of inclination in spite of the hard rock. And except for the shear strength test, the lowest and peak stress were appeared at 60$^{\circ}$ and 90$^{\circ}$respectively. 2) The results of specimen modeling analysis using FDM well indicated the mechanical behaviors of the specimen of transversely isotropic model.
The main object of this study is to analyze mechanical behaviors as anisotropic three-dimensional body under various static loads. This paper presents the applicability of the finite difference method to three dimensional problem of anisotropic body. The finite difference method as applied here is generalized to anisotropic three-dimensional problem of elastic body where the governing differential equations of equilibrium of such bodies are expressed in terms of the displacement u, v, and w in the coordinates axes x, y and z, care being taken to modify the finite difference expressions to satisfy the appropriate boundary conditions. By adopting a new three dimensional finite difference modelling including elimination of pivotal difference points in the case of free boundary condition, the three dimensional problem of anisotropic body was successfully completed. Several numerical results show quick convergence and numerical validity of finite difference technique in three dimensional problem.
Residual stress distribution in injection molded short fiber composites is determined by using the layer-removal method. Polystyrene is mixed with carbon fibers of 3% volume fraction (4.5% weight fraction) in an extruder and the tensile specimen is injection-molded. The layer-removal process, in which removing successive thin uniform layers of the material from the surface of the specimen by a milling machine, is employed and the resulting curvature is acquired by means of an image processing. The isotropic elastic analysis proposed by Treuting and Read which assumes a constant Yaung’s modulus in the thickness direction is one of the most frequently used methods to determine residual stresses. However, injection molded short fiber composites experience complex fiber orientation during molding and variation of Yaung’s modulus distribution occurs in the specimen. In this study, variation of Yaung’s modulus with respect to the thickness direction is considered for calculation of the residual stresses as proposed by White and the result is compared with that by assuming constant modulus. Residual stress distribution obtained from this study shows a typical stress profile of injection-molded products as reported in many literatures. Young’s modulus distribution is predicted by using numerical methods instead of experimental results. For the numerical analysis of injection molding process, a hybrid FEM/FDM method is used in order to predict velocity, temperature field, fiber orientation, and resulting mechanical properties of the specimen at the end of molding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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