Jia He;Xuejiao Zhang;Hong Gong;H. Elhosiny Ali;Elimam Ali
Steel and Composite Structures
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v.46
no.6
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pp.719-729
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2023
This paper studies electro-magneto-mechanical bending studying of the cylindrical panels based on shear deformation theory. The cylindrical panel is constrained with two simply-supported edges at longitudinal direction and two clamped boundary conditions at circumferential direction. The governing equations are derived based on the principle of virtual work in cylindrical coordinate system. Levy-type solution of the governing equations is derived to reduce two dimensional PDEs to a 2D ODEs. The reduced ordinary differential equation is solved using the Eigen-value Eigen-vector method for the clamped-clamped boundary condition. The electro-magneto-mechanical bending results are obtained to show that every displacement, rotation and electromagnetic potentials how change with changes of initial electromagnetic potentials and mechanical loads along longitudinal and circumferential directions.
The dynamic characteristics of the composite reflector panels are numerically and experimentally investigated. A dynamics model of the panel is analytically developed based on a deployment mechanism of the antenna. The deployment is passively activated using elastic energy of a spring with two rotational degrees of freedom. Using the flexible multi-body dynamic analysis ADAMS, dynamic behavior of the panels such as velocities, deformations, as well as reaction forces during the deployment, are investigated in the gravity and zero-gravity cases. The reflector panel is manufactured using carbon fiber reinforced plastics (CFRPs) and its deployment characteristics are experimentally observed using a zero-gravity deployment test. The impact response and vibration problems that occur during deployment of the antenna panel have been identified and reliably deployed using dampers.
In this study, the feasibility of using telecommunication single-mode optical fiber (SMF) as a distributed fiber optic strain and crack sensor was evaluated in concrete pavement monitoring. Tensile tests on various sensors indicated that the $SMF-28e^+$ fiber revealed linear elastic behavior to rupture at approximately 26 N load and 2.6% strain. Six full-scale concrete panels were prepared and tested under truck and three-point loads to quantify the performance of sensors with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BOTDA). The sensors were protected by precast mortar from brutal action during concrete casting. Once air-cured for 2 hours after initial setting, half a mortar cylinder of 12 mm in diameter ensured that the protected sensors remained functional during and after concrete casting. The strains measured from PPP-BOTDA with a sensitivity coefficient of $5.43{\times}10^{-5}GHz/{\mu}{\varepsilon}$ were validated locally by commercial fiber Bragg grating (FBG) sensors. Unlike the point FBG sensors, the distributed PPP-BOTDA sensors can be utilized to effectively locate multiple cracks. Depending on their layout, the distributed sensors can provide one- or two-dimensional strain fields in pavement panels. The width of both micro and major cracks can be linearly related to the peak strain directly measured with the distributed fiber optic sensor.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.5
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pp.10-19
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2024
In this study, FEM analysis was performed with the goal of optimal design of corrugated CFRP panels reinforcing H-shaped beams with slender plate webs. The buckling reinforcement performance of corrugated CFRP panels according to various specifications was evaluated, and in particular, a new reinforcement method was proposed by analyzing the effect of the ratio of vertical reinforcement according to the net height of the abdomen of the H-type beam on the location of the first elastic buckling mode. To minimize the amount of CFRP used, the attachment angle was set to 45 degrees. Furthermore, parameter analysis was performed according to changes in the specifications of the corrugated CFRP panel, and the buckling reinforcement performance of the corrugated CFRP panel was evaluated through the ductility factor. In addition, we attempted to use the material efficiently by simultaneously considering the maximum load and ductility factor along with the volume of the corrugated CFRP panels. It was confirmed that the model with two or three-layer CFRP laminate have a high ductility factor and efficient use of materials, and that the buckling reinforcement performance is predominantly affected by the length and height of the corrugated CFRP panel rather than the width.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.23
no.6
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pp.715-726
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2023
This study suggested that protective panels should be installed as sacrificial members as a safety design method for structures with potential explosions such as hydrogen charging stations to minimize direct damage to the structure and have resilience. To this end, the focus of the experiment is on quantitatively evaluating the impact of the structure when the protection panel is installed closely or spaced apart from the structure in a high-speed collision situation of the projectile. The experimental design used steel plates instead of concrete structural members mainly used in the past for excellent reproducibility, and the impact of structural members was compared and analyzed through deformation differences on the back of the steel plate. In addition, the impact of changes in the physical properties of the elastic body used as a separation material for the protective member and the difference in shock wave transmission time according to the protective member and the elastic body on the structural member was investigated.
For shield TBM (Tunnel Boring Machine) tunnel lining, the segment joint is the most critical component for determining the mechanical response of the complete lining ring. To investigate the mechanical behavior of the segment joint in a water conveyance tunnel, which is different from the vehicle tunnel because of the external loads and the high internal water pressure during the tunnel's service life, full-scale joint tests were conducted. The main advantage of the joint tests over previous ones was the definiteness of the loads applied to the joints using a unique testing facility and the acquisition of the mechanical behavior of actual joints. Furthermore, based on the test results and the theoretical analysis, a mechanical model of segment joints has been proposed, which consists of all important influencing factors, including the elastic-plastic behavior of concrete, the pre-tightening force of the bolts and the deformations of all joint components, i.e., concrete blocks, bolts and cast iron panels. Finally, the proposed mechanical model of segment joints has been verified by the aforementioned full-scale joint tests.
The influence on flexural strength of Glass/Epoxy laminated composite curved panels of different geometries (cylindrical, spherical, elliptical, hyperboloid and flat) due to inclusion of nano cenosphere filler examined in this research article. The deflection responses of the hybrid structure are evaluated numerically using the isoparametric finite element technique and modelled mathematically via higher-order displacement structural kinematics. To predict the deflection values, a customised in-house computer code in MATLAB environment is prepared using the higher-order isoparametric formulation. Subsequently, the numerical model validity has been established by comparing with those of available benchmark solution including the convergence characteristics of the finite element solution. Further, a few cenosphere filled hybrid composite are prepared for different volume fractions for the experimental purpose, to review the propose model accuracy. The experimental deflection values are compared with the finite element solutions, where the experimental elastic properties are adopted for the computation. Finally, the effect of different variable design dependent parameter and the percentages of nano cenosphere including the geometrical shapes obtained via a set of numerical experimentation.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.270-270
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2016
We fabricated an organic-inorganic nano laminated encapsulation layer using molecular layer deposition (MLD) combined with atomic layer deposition (ALD). The $Al_2O_3$ inorganic layers as an effective single encapsulation layer were deposited at 80 degree C using ALD with alternating surface-saturation reactions of TMA and $H_2O$. A self-assembled organic layers (SAOLs) were fabricated at the same temperature using MLD. MLD and ALD deposition process were performed in the same reaction chamber. The prepared SAOL-$Al_2O_3$ organic-inorganic nano laminate films exhibited good mechanical stability and excellent encapsulation property. The measurement of water vapor transmission rate (WVTR) was performed with Ca test. We controlled thickness-ratio of organic and inorganic layer, and specific ratio showed a lowest WVTR value. Also this encapsulation layer contained very few pin-holes or defects which were linked in whole area by defect test. To apply into real OLEDs panels, we controlled a film stress from tensile to compressive and flexibility defined as an elastic modulus with organic-inorganic ratio. It has shown that OLEDs panel encapsulated with nano laminate layer exhibits better properties than single layer encapsulated in acceleration conditions. These results indicate that the organic-inorganic nano laminate thin films have high potential for flexible display applications.
The p-version crack model based on integrals of Legendre polynomial and virtual crack extension method is proposed with its potential for application to stress intensity factor computations in linear elastic fracture mechanics. The main advantage of this model is that the data preparation effort is minimal because only a small number of elements are used and high accuracy and the rapid convergence can be achieved in the vicinity of crack tip. There are two important findings from this study. Firstly, the limit value, the strain energy of the exact solution, can be estimated with successive three p-version approximations by ascertaining that the approximations enter the asymptotic range. Secondly, the rate of convergence of p-version model is almost twice that of h-version model on the basis of uniform or quasiuniform mesh refinement for the cracked panel problem subjected to tension.
The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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