Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.1
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pp.9-17
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2016
The elastic modulus of a 3D-printed Kelvin foam plate is investigated by measuring the acoustic wave velocity of 1 MHz ultrasound. An isotropic tetrakaidecahedron foam with 3 mm unit cell is designed and printed layer upon layer to fabricate a Kelvin foam plate of 14 mm thickness with a 3D CAD/printer using ABS plastic. The Kelvin foam plate is completely filled with paraffin wax for impedance matching, so that the acoustic wave may propagate through the porous foam plate. The acoustic wave velocity of the foam plate is measured using the time-of-flight (TOF) method and is used to calculate the elastic modulus of the Kelvin foam plate based on acousto-elasticity. Finite element method (FEM) and micromechanics is applied to the Kelvin foam plate to calculate the theoretical elastic modulus using a non-isotropic tetrakaidecahedron model. The predicted elastic modulus of the Kelvin foam plate from FEM and micromechanics model is similar, which is only 3-4% of the bulk material. The experimental value of the elastic modulus from the ultrasonic method is approximately twice as that of the numerical and theoretical methods because of the flexural deformation of the cell edges neglected in the ultrasonic method.
Volkov, Sergey S.;Litvinenko, Alexander N.;Aizikovich, Sergey M.;Wang, Yun-Che;Vasiliev, Andrey S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.2
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pp.227-241
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2016
A circular plate with constant thickness, finite radius and stiff edge lying on an elastic halfspace is considered. The half-space consists of a soft functionally graded (FGM) layer with arbitrary varying elastic properties and a homogeneous elastic substrate. The plate bends under the action of arbitrary axisymmetric distributed load and response from the elastic half-space. A semi-analytical solution for the problem effective in whole range of geometric (relative layer thickness) and mechanical (elastic properties of coating and substrate, stiffness of the plate) properties is constructed using the bilateral asymptotic method (Aizikovich et al. 2009). Approximated analytical expressions for the contact stresses and deflections of the plate are provided. Numerical results showing the qualitative dependence of the solution from the initial parameters of the problem are obtained with high precision.
Heydari, Mohammad Mehdi;Kolahchi, Reza;Heydari, Morteza;Abbasi, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.5
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pp.661-672
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2014
Laminated Rectangular plates embedded in elastic foundations are used in many mechanical structures. This study presents an analytical approach for transverse bending analysis of an embedded symmetric laminated rectangular plate using Mindlin plate theory. The surrounding elastic medium is simulated using Pasternak foundation. Adopting the Mindlin plate theory, the governing equations are derived based on strain-displacement relation, energy method and Hamilton's principle. The exact analysis is performed for this case when all four ends are simply supported. The effects of the plate length, elastic medium and applied force on the plate transverse bending are shown. Results indicate that the maximum deflection of the laminated plate decreases when considering an elastic medium. In addition, the deflection of the laminated plate increases with increasing the plate width and length.
A four-noded plate bending quadrilateral (PBQ4) and an eight-noded plate bending quadrilateral (PBQ8) element based on Mindlin plate theory have been adopted for modeling the thick plates on elastic foundations using Winkler model. Transverse shear deformations have been included, and the stiffness matrices of the plate elements and the Winkler foundation stiffness matrices are developed using Finite Element Method based on thick plate theory. A computer program is coded for this purpose. Various loading and boundary conditions are considered, and examples from the literature are solved for comparison. Shear locking problem in the PBQ4 element is observed for small value of subgrade reaction and plate thickness. It is noted that prevention of shear locking problem in the analysis of the thin plate is generally possible by using element PBQ8. It can be concluded that, the element PBQ8 is more effective and reliable than element PBQ4 for solving problems of thin and thick plates on elastic foundations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.73-79
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1997
It is one of classical problems in the elastic theory to analyze contact stresses between elastic bodies. Concrete pavements under traffic wheel loads can be considered as one of these typical Problems. In the paper, Mindlin plate theory is used to consider the transverse shear effect, 8-node isoparametric plate bending element is adopted in this study, and an elastic plate resting on tensionless elastic half-space is analyzed by finite element method. The Boussineq's solution of elastic half-space is used to evaluate the flexibility of foundation. To obtain the boundary of contact area, the flexibility matrix of foundation is modified after each cycle of analysis iteratively. A Numerical example is presented by using these method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.4
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pp.563-571
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1989
The load distribution factor in the perforated square plate under concentrated load acting at arbitrary points through elastic media are calculated. For the calculation the perforated plate was converted into an orthotropic plate using the method suggested by J.B. Mahoney. In the process of the calculation the angle support at each corners was equivalent to a point support having equivalent stiffness. The deflections for the calculation of the load distribution factor were obtained using auxiliary plate extended in both directions of the plate and compared with the results from ANSYS calculations. After showing the validity of the current method, the calculation of the load distribution factor was performed. The result showed that the load distribution factor at the periphery of the plate is larger than that of in the central locations. This load distribution factor could be used for re-distribution of the applied load in more accurate analysis of the plate as well as it can be used in the analysis of the elastic media as the load factor.
The isoparametric element method is used for a plate on non-homogenous foundation. The surface displacement due to a point force acting on the non-homogeneous foundation is the fundamental solution. Based on this analysis, the interaction between the foundation and plate can be determined and the reaction of the foundation can be treated as the external force to the plate. Therefore, only the plate needs to be divided into some elements. The method presented in this paper can be used in cases such as thin or thick plate, different plate shapes, various loading, homogenous and non-homogenous foundations. The examples in this paper show that this method is versatile, efficient and highly accurate.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.38-43
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1993
It is one of classical problems in the elastic theory to analyze contact stresses between elastic bodies. Concrete pavements under traffic wheel loads can be considered as one of these typical problems. In this paper, an elastic plate resting on tensionless elastic half-space is analyzed by finite element method. The Boussinesq's solution of elastic half-space is used to evaluate the flexibility of foundation. One of the principal difficulties in solving the local seperation phenomena between plate and foundation is that the geometry of the system is unknown. To obtain the boundary of contact area, the flexibility matrix of foundation is modified after each cycle of analysis iteratively. Some numerical examples are presented by using these method.
This article deals with the buckling analysis in the plates containing carbon nanotubes (CNTs) subject to axial load. In order to control the plate smartly, a piezoelectric layer covered the plate. The plate is located in elastic medium which is modeled by spring elements. The Mori-Tanaka low is utilized for calculating the equivalent mechanical characteristics of the plate. The structure is modeled by a thick plate and the governing equations are deduced using Hamilton's principle under the assumption of higher-order shear deformation theory (HSDT). The Navier method is applied to obtain the bulking load. The effects of the applied voltage to the smart layer, agglomeration and volume percent of CNT nanoparticles, geometrical parameters and elastic medium of the structure are assessed on the buckling response. It has been demonstrated that by applying a negative voltage, the buckling load is increased significantly.
The mechanical behavior of rectangular foundation plates with perimetric beams and internal stiffening beams of the plate is herein analyzed, taking the foundation design into account. A series of dimensionless parameters related to the geometry of the studied elements were defined. In order to generalize the problem statement, an initial settlements was considered. A numeric procedure was developed for the resolution by means of the Finite Differences Method that takes into account the stiffness of the plate, the perimetric and internal plate beams and the soil reaction module. Iterative algorithms were employed which, for each of the analyzed cases, made it possible to find displacements and reaction percentages taken by the plate and those that discharge directly into the perimetric beams, practically without affecting the plate. To enhance its mechanical behavior the internal stiffening beams were prestressed and the results obtained with and without prestressing were compared. This analysis was made considering the load conditions and the soil reaction module constant.
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