Young's modulus of composite has been predicted by Eshelby's equivalent inclusion method modified with Mori-Tanaka's mean field theory, where short fibers of aspect ratio distribution are assumed to be aligned. Young's modulus of the composite is predicted with the smallest class interval for simulating the actual distribution of fiber aspect ratio, which is compared with that computed using different class intervals. Young's modulus of the composite predicted with mean aspect ratio or the largest class interval is overestimated by the maximum 10%. As the class interval of short fibers for predicting Young's modulus decreases, the predicted results show good agreements with those obtained using the actual distribution of fiber aspect ratio. It can be finally concluded from the study that if and only if the class interval of short fiber normalized by the maximum aspect ratio is smaller than 0.1, the predicted results are consistent with those obtained using the actual distribution of aspect ratio.
Mortar microstructure is considered as a three-phase composite material, which is cement paste, fine aggregate and interfacial transition zone. Interfacial transition zone is the weakest link between the cement paste and fine aggregate, so it has a significant role to determine the properties of cementitious composites. In this study, specimens (w/c = 0.35, 0.45, 0.55) with various volume fractions of fine aggregate ($V_f$ = 0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4) were cast and tested. To predict the equivalent migration coefficient ($M_e$) and migration coefficient of interfacial transition zone ($M_{itz}$), double-inclusion method and Mori-Tanaka theory were used to estimate. There are two stages to estimate and calculate the thickness of interfacial transition zone (h) and migration coefficient of interfacial transition zone ($M_{itz}$). The first stage, the data of experimental chloride ion migration coefficient ($M_s$) was used to calculate the equivalent migration coefficient of fine aggregate with interfacial transition zone ($M_e$) by Mori-Tanaka theory. The second stage, the thickness of interfacial transition zone (h) and migration coefficient of interfacial transition zone ($M_{itz}$) was calculated by Hori and Nemat-Nasser's double inclusion model. Between the theoretical and experimental data a comparison was conducted to investigate the behavior of interfacial transition zone in mortar and the effect of interfacial transition zone on the chloride migration coefficient, the results indicated that the numerical simulations is derived to the $M_{itz}/M_m$ ratio is 2.11~8.28. Additionally, thickness of interfacial transition zone is predicted from $10{\mu}m$, 60 to $80{\mu}m$, 70 to $100{\mu}m$ and 90 to $130{\mu}m$ for SM30, M35, M45 and M55, respectively.
This study employed the Eshelby's equivalent inclusion method incorporated with mean field theory to investigate the Internal stress of short fiber-reinforced metal matrix composites during static loading and the dynamic finite element analysis by using alternative unit cell model to investigate the impact behaviors during the impact loading. Using the 2124 Al-SiC system as an example, the general effects of parameters such as fiber's aspect ratio, content and modulus were examined.
A new three-dimensional model for predicting the relationship between the prestrain of the composite and the amount of phase transformation of shape memory alloy inducing shape memory effect has been proposed by using Eshelby's equivalent inclusion method with Mori-Tanaka's mean field theory. The model composite is aluminum matrix reinforced with short TiNi fiber shape memory alloy, where the matrix is work-hardening material of power-law type. The analytical results predicted by the current model show that most of the prestrain is induced by the plastic deformation of the matrix, except the small prestrain region. The strengthening mechanism of the composite by the shape memory effect should be explained by excluding its increase of yield stress due to the work-hardening effect of the matrix.
In this work, random homogenization analysis for the effective thermal properties of a three-dimensional composite material with unidirectional fibers is presented by combining the equivalent inclusion method with Random Factor Method (RFM). The randomness of the micro-structural morphology and constituent material properties as well as the correlation among these random parameters are completely accounted for, and stochastic effective thermal properties as thermal expansion coefficients as well as their correlation are then sought. Results from the RFM and the Monte-Carlo Method (MCM) are compared. The impact of randomness and correlation of the micro-structural parameters on the random homogenized results is revealed by two methods simultaneously, and some important conclusions are obtained.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.3
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pp.121-128
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2020
In this paper, the ASCE 7 equivalent static approach for seismic design of non-structural elements is critically evaluated based on the measured floor acceleration data, theory of structural dynamics, and linear/nonlinear dynamic analysis of three-dimensional building models. The analysis of this study on the up-to-date database of the instrumented buildings in California clearly reveals that the measured database does not well corroborate the magnitude and the profile of the floor acceleration as proposed by ASCE 7. The basic flaws in the equivalent static approach are illustrated using elementary structural dynamics. Based on the linear and nonlinear dynamic analyses of three-dimensional case study buildings, it is shown that the magnitude and distribution of the PFA (peak floor acceleration) can significantly be affected by the supporting structural characteristics such as fundamental period, higher modes, structural nonlinearity, and torsional irregularity. In general, the equivalent static approach yields more conservative acceleration demand as building period becomes longer, and the PFA distribution in long-period buildings tend to become constant along the building height due to the higher mode effect. Structural nonlinearity was generally shown to reduce floor acceleration because of its period-lengthening effect. Torsional floor amplification as high as 250% was observed in the building model of significant torsional irregularity, indicating the need for inclusion of the torsional amplification to the equivalent static approach when building torsion is severe. All these results lead to the conclusion that, if permitted, dynamic methods which can account for supporting structural characteristics, should be preferred for rational seismic design of non-structural elements.
Hammed A. Abass;Ojen K. Narain;Olayinka M. Onifade
Nonlinear Functional Analysis and Applications
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v.28
no.2
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pp.497-520
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2023
Numerous problems in science and engineering defined by nonlinear functional equations can be solved by reducing them to an equivalent fixed point problem. Fixed point theory provides essential tools for solving problems arising in various branches of mathematical analysis, such as split feasibility problems, variational inequality problems, nonlinear optimization problems, equilibrium problems, complementarity problems, selection and matching problems, and problems of proving the existence of solution of integral and differential equations.The theory of fixed is known to find its applications in many fields of science and technology. For instance, the whole world has been profoundly impacted by the novel Coronavirus since 2019 and it is imperative to depict the spread of the coronavirus. Panda et al. [24] applied fractional derivatives to improve the 2019-nCoV/SARS-CoV-2 models, and by means of fixed point theory, existence and uniqueness of solutions of the models were proved. For more information on applications of fixed point theory to real life problems, authors should (see [6, 13, 24] and the references contained in).
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1999.05a
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pp.147-152
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1999
The strengthening of a metal matrix composite(MMC) by the shape memory effect(SME) of dispersed TiNi particles was theoretically studied. An analytical model was constructed for the prediction of the average residual stress(<$\sigma$>/sub/m) on the base of the Eshelby's equivalent inclusion method. The analysis was performed on the TiNi particle/Al metal matrix composites with varying volume fractions and prestrains of the particle. The residual stress caused by the shape memory of predeformed fillers has been predicted to contribute significantly to the strengthening of this composite.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.5
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pp.337-343
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2017
As a shop practice, a strength estimation method for die cast parts is suggested, in which various defects such as pores can be allowed. The equivalent porosity is evaluated by combining the stiffness data from a simple elastic test at the part level during the shop practice and the theoretical stiffness data, which are defect free. A porosity equation is derived from Eshelby's inclusion theory. Then, using the Mori-Tanaka method, the porosity value is used to draw a stress-strain curve for the porous material. In this paper, the Hollomon equation is used to capture the strain hardening effect. This stress-strain curve can be used to estimate the strength of a die cast part with porous defects. An elastoplastic theoretical solution is derived for the three-point bending of a die cast beam by using the plastic hinge method as a reference solution for a part with porous defects.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1993.10a
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pp.660-665
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1993
An elastic model is developed to predict the average thermal residual stresses in the matrix and fiber of a misoriented short fiber composite. The thermal residual stresses are induced by the mismatch in the coefficient of the thermal expansion of the matrix and fiber when the composite is subjected to a uniform temperature change. The model considers two special cases of fiber misorientation ; two-dimensional in-plane and three-dimensional axisymmetric. The analytical formulation of the model is based on Eshelby's equivalent inclusion method and is nuque in that it is able to account for interactions among fibers. The model is more general than past models and it is able to treat prior analyses of the simpler composite systems as extram cases. The present model is to investigate the effects of fiber volume fraction, distribution type, distribution cut-off angle, and aspect ratio on thermal residual stress for both in-plane and axisymmetric fiber misorientation. Fiber volum fraction, aspect ratio, and disturbution cut-off angle are shown to have more significant effects on the magnitude of the thermal residual stress than fiber distrubution type for both in-plane and axisymmetric misorientation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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