Yaylaci, Murat;Yayli, Mujgen;Yaylaci, Ecren Uzun;Olmez, Hasan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.5
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pp.585-597
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2021
This paper presents a comparative study of analytical method, finite element method (FEM) and Multilayer Perceptron (MLP) for analysis of a contact problem. The problem consists of a functionally graded (FG) layer resting on a half plane and pressed with distributed load from the top. Firstly, analytical solution of the problem is obtained by using theory of elasticity and integral transform techniques. The problem is reduced a system of integral equation in which the contact pressure are unknown functions. The numerical solution of the integral equation was carried out with Gauss-Jacobi integration formulation. Secondly, finite element model of the problem is constituted using ANSYS software and the two-dimensional analysis of the problem is carried out. The results show that contact areas and the contact stresses obtained from FEM provide boundary conditions of the problem as well as analytical results. Thirdly, the contact problem has been extended based on the MLP. The MLP with three-layer was used to calculate the contact distances. Material properties and loading states were created by giving examples of different values were used at the training and test stages of MLP. Program code was rewritten in C++. As a result, average deviation values such as 0.375 and 1.465 was obtained for FEM and MLP respectively. The contact areas and contact stresses obtained from FEM and MLP are very close to results obtained from analytical method. Finally, this study provides evidence that there is a good agreement between three methods and the stiffness parameters has an important effect on the contact stresses and contact areas.
Polydimethylsiloxane (PDMS) is one of the most widely adopted silicon-based organic polymeric elastomers. Elastomeric nanostructures are normally required to accomplish an explicit mechanical role and correspondingly their mechanical properties are crucial to affect device and material performance. Despite its wide application, the mechanical properties of PDMS are yet fully understood. In particular, the time dependent mechanical response of PDMS has not been fully elucidated. Here, utilizing state-of-the-art PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping (PFQNM) together with Force Volume (FV) and Fast Force Volume (FFV), the elastic moduli of PDMS samples were assessed in a time-dependent fashion. Specifically, the acquisition frequency was discretely changed four orders of magnitude from 0.1 Hz up to 2 kHz. Careful calibrations were done. Force data were fitted with a linearized DMT contact mechanics model considering surface adhesion force. Increased Young's modulus was discovered with increasing acquisition frequency. It was measured 878 ± 274 kPa at 0.1 Hz and increased to 4586 ± 758 kPa at 2 kHz. The robust local probing of mechanical measurement as well as unprecedented high-resolution topography imaging open new avenues for quantitative nanomechanical mapping of soft polymers, and can be extended to soft biological systems.
Diamond reinforced Cr-based coating has been proposed as wear-resistant materials. In this study, the friction and wear characteristics of diamond reinforced Cr-based coating are experimentally assessed. The experiments are performed using a pin-on-reciprocating plate tribo-tester under various normal forces with boundary lubrication. The stainless-steel ball is used as a counter material. Prior to the experiments, mechanical properties such as elastic modulus and hardness are determined using nanoscale instrumented indentation. The hardness of the specimen is further determined using a Vickers hardness tester. The specimens before and after the experiments are carefully observed using a confocal microscope to understand the wear characteristics. In addition, the wear volume and wear rate of the specimens are determined based on the confocal microscope data. The results show that the friction coefficients are 0.096-0.100 under 20-40 N normal forces. Furthermore, the wear rates of the diamond reinforced Cr-based coating and the stainless steel ball under 20-40 N normal forces are found to be 12.8 × 10-8 mm3/(Nm)-15.5 × 10-8 mm3/(Nm) and 1.9 × 10-8 mm3/(Nm)-3.9 × 10-8 mm3/(Nm), respectively. However, the effect of the normal force on wear rates is not clearly observed, which may be associated with the flattening of the ball. The results of the study may be useful for the tribological applicability of diamond reinforced Cr-based coating as wear-resistant materials.
This study focusses on the development of a motion-sensing smart leggings prototype with the help of a module that monitors motion using a fiber-type stretch sensor. Additionally, it acquires data on Electrocardiogram (ECG), respiration, and body temperature signals, for the development of smart clothing used in online exercise coaching and customized healthcare systems. The research process was conducted in the following order: 1) Fabrication of a fiber-type elastic strain sensor for motion monitoring, 2) Positioning and attaching the sensor, 3) Pattern development and three-dimensional (3D) design, 4) Prototyping 5) Wearability test, and 6) Expert evaluation. The 3D design method was used to develop an aesthetic design, and for sensing accurate signal acquisition functions, wearability tests, and expert evaluation. As a result, first, the selection or manufacturing of an appropriate sensor for the function is of utmost importance. Second, the selection and attachment method of a location that can maximize the function of the sensor without interfering with any activity should be studied. Third, the signal line selection and connection method should be considered, and fourth, the aesthetic design should be reflected along with functional verification. In addition, the selection of an appropriate material is important, and tests for washability and durability must be made. This study presented a manufacturing method to improve the functionality and design of smart clothing, through the process of developing a prototype of motion-sensing smart leggings.
Veby Citra Simanjuntak;Iswandi Imran;Muslinang Moestopo;Herlien D. Setio
Structural Monitoring and Maintenance
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v.10
no.1
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pp.87-105
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2023
Seismic regulations have been updated from time to time to accommodate an increase in seismic hazards. Comparison of seismic fragility of the existing bridges in Indonesia from different historical periods since the era before 1990 will be the basis for seismic assessment of the bridge stock in Indonesia, most of which are located in earthquake-prone areas, especially those built many years ago with outdated regulations. In this study, seismic fragility curves were developed using incremental non-linear time history analysis and more holistically according to the actual strength of concrete and steel material in Indonesia to determine the uncertainty factor of structural capacity, βc. From the research that has been carried out, based on the current seismic load in SNI 2833:2016/Seismic Map 2017 (7% probability of exceedance in 75 years), the performance level of the bridge in the era before SNI 2833:2016 was Operational-Life Safety whereas the performance level of the bridge designed with SNI 2833:2016 was Elastic - Operational. The potential for more severe damage occurs in greater earthquake intensity. Collapse condition occurs at As = FPGA x PGA value of bridge Era I = 0.93 g; Era II = 1.03 g; Era III = 1.22 g; Era IV = 1.54 g. Furthermore, the fragility analysis was also developed with geometric variations in the same bridge class to see the effect of these variations on the fragility, which is the basis for making bridge risk maps in Indonesia.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.413-420
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2023
Among the seismic structures for reducing earthquake damage, the seismic control structure is a technology that can efficiently improve seismic performance and secure economic feasibility by simply applying a damper. However, existing dampers have limitations in terms of durability due to required seismic performance and material plasticity. In this study, we proposed a polyurethane damper with enhanced recovery characteristics by applying precompression to polyurethane, which basically shows elastic characteristics, and applying superelastic shape memory alloy (SSMA). To verify the characteristics of the polyurethane damper, the concept was first established, and the design details were completed by selecting SSMA and steel, and selecting the precompression size as design variables. In addition, structural tests were conducted to derive response behavior and analyze force resistance performance, residual displacement, recovery rate, and energy dissipation capacity. As a result of the analysis, the polyurethane damper showed that various performances improved when the SSMA wire was applied and the precompression increased.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.4
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pp.625-631
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2023
This study proposes an analysis model that can reflect the actual behavior of the rail floating track, and the most reasonable model was analyzed through field measurement and numerical analysis. It was analyzed that the current design theory analysis results of rail floating tracks were different from the field measurement results and were not suitable to reflect the actual behavior. In the rail floating track, it was analyzed that the subsidence of the point directly affects the total displacement rather than the displacement due to the bending of the rail. As a result of numerical analysis, it was analyzed that the analysis result of the proposed model, which is a parallel arrangement spring model that does not have a support point directly below the rail, reflects the actual behavior. The analysis model presented in this study can be used to predict track behavior when designing and maintaining rail floating tracks in the future.
Kim, Jeong-Wook;Kim, Won-Chang;Kim, Gyu-Yong;Lee, Tae-Gyu
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.1
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pp.35-43
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2023
In this study, the mechanical properties of concrete mixed with non-sintered hwangto(NHT) as an alternate material for cement were evaluated, and the compressive strength prediction equation of concrete based on ultrasonic pulse velocity analysis was proposed. Cement replacement rates for mixed NHT were set to 0, 15, and 30%, and design compressive strength was set to 30 and 45MPa to evaluate the effect on the amount of cement and NHT powder. The mechanical properties items analyzed were compressive strength, ultrasonic pulse velocity, and elastic modulus, and were measured on days 1, 3, 7, and 28. As the replacement rate of NHT increased, the mechanical properties tended to decrease. In addition, as a result of analyzing the correlation between compressive strength and ultrasonic pulse velocity, the correlation coefficient(R2) showed a high relationship(R2=0.95) on concrete mixed with NHT.
This paper conducts a parametric study of a new tuned mass damper with pre-strained superelastic SMA helical springs (SMAS-TMD) on the vibration reduction effect. First, a force-displacement relation model of superelastic SMA helical spring is presented based on the multilinear constitutive model of SMA material, and the tension tests of the six SMA springs fabricated are implemented to validate the mechanical model. Then, a dynamic model of a single floor steel frame with the SMAS-TMD damper is set up to simulate the seismic responses of the frame, which are testified by the shaking table tests. The wire diameter, initial coil diameter, number of coils and pre-strain length of SMA springs are extracted to investigate their influences on the seismic response reduction of the frame. The numerical and experimental results show that, under different earthquakes, when the wire diameter, initial coil diameter and number of coils are set to the appropriate values so that the initial elastic stiffness of the SMA spring is between 0.37 and 0.58 times of classic TMD stiffness, the maximum reduction ratios of the proposed damper can reach 40% as the mass ratio is 2.34%. Meanwhile, when the pre-strain length of SMA spring is in a suitable range, the SMAS-TMD damper can also achieve very good vibration reduction performance. The vibration reduction performance of the SMAS-TMD damper is generally equal to or better than that of the classic optimal TMD, and the proposed damper effectively suppresses the detuning phenomena that often occurs in the classic TMD.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.4A
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pp.267-279
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2009
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber reinforced concrete (UHSFRC) structures subjected to monotonic loading is introduced. The material properties of UHSFRC, such as compressive and tensile strength or elastic modulus, are different from normal strength reinforced concrete. The uniaxial compressive stress-strain relationship of UHSFRC is designed on the basis of experimental result, and the equivalent uniaxial stress-strain relationship is introduced for proper estimation of UHSFRC structures. The steel is uniformly distributed over the concrete matrix with particular orientation angle. In advance, this paper introduces a numerical model that can simulate the tension-stiffening behavior of tension part of the axial member on the basis of the bond-slip relationship. The reaction of steel fiber is considered for the numerical model after cracks of the concrete matrix with steel fibers are formed. Finally, the introduced numerical model is validated by comparison with test results for idealized UHSFRC beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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