The free vibration characteristics of corrugated laminated composite plates with axial stiffeners is investigated using the Rayleigh-Ritz method. The plate is stiffened by beams with open cross-section area. The equivalent homogenization model is used for the corrugated laminated composite plates. This homogenization model is treated a corrugated plate as an orthotropic plate that has different material properties in two perpendicular directions. The motion of equivalent plate is represented on the basis of the first order shear deformation theory (FSDT) to account for the effect of rotary inertia and transverse shear deformation. Stiffeners are considered as discrete elements to predict the local vibration mode to be generated by the presence of stiffeners. To validate the proposed analytical approach, natural frequencies and vibration mode shapes from the analytical method are compared with those from the FEA by ANSYS.
This paper discusses a new model for investigating the micro-mechanical behavior of beam-like structures composed of various elastic moduli and complex geometries varying through the cross-sectional directions and also periodically-repeated along the axial directions. The original three-dimensional problem is first formulated in an unified and compact intrinsic form using the concept of decomposition of the rotation tensor. Taking advantage of two smallness of the cross-sectional dimension-to-length parameter and the micro-to-macro heterogeneity and performing homogenization along dimensional reduction simultaneously, the variational asymptotic method is used to rigorously construct an effective zeroth-order beam model, which is similar a generalized Timoshenko one (the first-order shear deformation model) capable of capturing the transverse shear deformations, but still carries out the zeroth-order approximation which can maximize simplicity and promote efficiency. Two examples available in literature are used to demonstrate the consistence and efficiency of this new model, especially for the structures, in which the effects of transverse shear deformations are significant.
The frontal crash optimization of S-shaped closed-hat section member using the homogenization method, design of experiment (DOE) and response surface method (RSM) was studied. The optimization to effectively absorb more crash energy was studied to introduce the reinforcement design. The main focus of design was to decide the optimum size and thickness of reinforcement. In this study, the location of reinforcement was decided by homogenization method. Also, the effective size and thickness of reinforcements was studied by design of experiments and response surface method. The effects of various impact velocity for reinforcement design were researched. The high impact velocity reinforcement design showed to absorb the more crash energy than low velocities design. The effect of size and thickness of reinforcement was studied and the sensitivity of size and thickness was different according to base thickness of model. The optimum size and thickness of the reinforcement has shown a direct proportion to the thickness of base model. Also, the thicker the base model was, the effect of optimization using reinforcement was the bigger. The trend curve for effective size and thickness of reinforcement using response surface method was obtained. The predicted size and thickness of reinforcement by RSM were compared with results of DOE. The results of a specific dynamic mean crushing loads for the predicted design by RSM were shown the small difference with the predicted results by RSM and DOE. These trend curves can be used as a basic guideline to find the optimum reinforcement design for S-shaped member.
As a basic study for investigating the development of the stress-induced crack in Hoek-Brown rock, a homogenization technique of elastic cracks is proposed. The onset of crack is monitored by Hoek-Brown empirical criterion, while the orientation of the crack is determined by the critical plane approach. The concept of volume averaging in stress and strain component was invoked to homogenize the representative rock volume which consists of intact rock and cracks. The formulation results in the constitutive relations for the homogenized equivalent anisotropic material. The homogenization model was implemented in the standard FEM code COSMOSM. The numerical uniaxial tests were performed under plane strain condition to check the validity of the propose numerical model. The effect of friction between the loading plate and the rock sample on the mode of deformation and fracturing was examined by assuming two different contact conditions. The numerical simulation revealed that the homogenized model is able to capture the salient features of deformation and fracturing which are observed commonly in the uniaxial compression test.
In this paper, the effect of homogenization models on stress analysis is presented for functionally graded plates (FGMs). The derivation of the effective elastic proprieties of the FGMs, which are a combination of both ceramic and metallic phase materials, is of most of importance. The majority of studies in the last decade, the Voigt homogenization model explored to derive the effective elastic proprieties of FGMs at macroscopic-scale in order to study their mechanical responses. In this work, various homogenization models were used to derive the effective elastic proprieties of FGMs. The effect of these models on the stress analysis have also been presented and discussed through a comparative study. So as to show this effect, a refined plate theory is formulated and evaluated, the number of unknowns and governing equations were reduced by dividing the transverse displacement into both bending and shear parts. Based on sinusoidal variation of displacement field trough the thickness, the shear stresses on top and bottom surfaces of plate were vanished and the shear correction factor was avoided. Governing equations of equilibrium were derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions of the stress analysis were obtained for simply supported FGM plates. The obtained results of the displacements and stresses were compared with those predicted by other plate theories available in the literature. This study demonstrates the sensitivity of the obtained results to different homogenization models and that the results generated may vary considerably from one theory to another. Finally, this study offers benchmark results for the multi-scale analysis of functionally graded plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.2
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pp.153-161
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2009
Three-dimensional finite-element methods(FEM) have been used to analyze the thermal stress of an exhaust gas recirculation(EGR) cooler due to thermal and pressure load. Since efficiency and capability of the heat exchanger are mainly dependent on net heat transferring area of the EGR cooler system, the tube inside the system has a numerous dimples on the surface. Thus for finite element analysis, firstly the dimple-typed tube is modeled as a plain element without the dimple, and then the equivalent thermal conductivities and elastic modulus are calculated. This work describes the numerical homogenization procedure of the dimple-typed tube and verifies the equivalent material properties by comparison of a single unit and the actual full model. Finally, the homogenization scheme presented in this study can be efficiently applied to finite element analyses for the thermal stress and deformation behavior of the EGR cooler system with the dimple-typed tube.
In this paper, a procedure for evaluating the structural integrity of the PCSG (Printed Circuit Steam Generator) unit block is presented with a simplified FE (finite element) analysis technique by applying the homogenization method. The homogenization method converts an inhomogeneous elastic body into a homogeneous elastic body with same mechanical behaviour. This method is effective when the inhomogeneous elastic body has repetitive microstructures, and thus the method was applied to the sheet assembly among the PCSG unit block components. From the method, the homogenized equivalent elastic constants of the sheet assembly were derived. The validity of the determined material properties was verified by comparing the mechanical behaviour with the reference model. Thermo-mechanical analysis was then performed to evaluate the structural integrity of the PCSG unit block, and it was found that the contact region between the steam header and the sheet assembly is a critical point where large bending stress occurs due to the temperature difference.
Seo, Yong-Seok;Yim, Sung-Bin;Baek, Yong;Kwon, O-Il
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.752-759
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2006
Conglomerates and core-stones are the typical composite geomaterials that are composed of a weak matrix and a strong pebble part. In general, we couldn't analyze the composite geomaterials by using emperical rock classification methods. In the study, a series of analyses of elastic behavior of composite geomaterials are carried out by using homogenization theory. 45-case models are made with considering 3 kind of factors such as gravel content, size and strength of matrix. Those are applicable to various composite geomaterials of conglomerates and core-stones. The size of analysis model is large enough to exceed REV.
Homogenization technique is employed to investigate the series of stress analyses of mandible for three different types of dental implants. This technique helps to make proper material model of bone and analyze such a non homogeneous structure at the level of individual microstructural unit. The stress analyses with homogenization technique show much higher stress level in the sponge bone, compared to those of conventional FEM. It also manifested that even a minor lateral force results in crucial stresses in the dental implant system and that the macroscale model should take the shape and size after real mandible to produce reasonable solution in the analyses of dental implant systems. The shapes of dental implants simulated in this study are rectangular-cross-sectioned type, hemi-sphere rooted type, and wedge type implant. The stress states of mandible with hemisphere rooted type implant and wedge type implant show similar levels, while those with sectioned rectangular implant results in higher stresses. It is suggested that the distance between the implant tip and cortical bone be kept far enough to prevent stress concentrations in the mandible.
Park, Sung Hee;Min, Sang-Gi;Jo, Yeon-Ji;Chun, Ji-Yeon
Food Science of Animal Resources
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v.35
no.5
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pp.630-637
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2015
In the dairy industry, natural plant-based powders are widely used to develop flavor and functionality. However, most of these ingredients are water-insoluble; therefore, emulsification is essential. In this study, the efficacy of high pressure homogenization (HPH) on natural plant (chocolate or vanilla)-based model emulsions was investigated. The particle size, electrical conductivity, Brix, pH, and color were analyzed after HPH. HPH significantly decreased the particle size of chocolate-based emulsions as a function of elevated pressures (20-100 MPa). HPH decreased the mean particle size of chocolate-based emulsions from 29.01 μm to 5.12 μm, and that of vanilla-based emulsions from 4.18 μm to 2.44 μm. Electrical conductivity increased as a function of the elevated pressures after HPH, for both chocolate- and vanilla-based model emulsions. HPH at 100 MPa increased the electrical conductivity of chocolate-based model emulsions from 0.570 S/m to 0.680 S/m, and that of vanilla-based model emulsions from 0.573 S/m to 0.601 S/m. Increased electrical conductivity would be attributed to colloidal phase modification and dispersion of oil globules. Brix of both chocolate- and vanilla-based model emulsions gradually increased as a function of the HPH pressure. Thus, HPH increased the solubility of plant-based powders by decreasing the particle size. This study demonstrated the potential use of HPH for enhancing the emulsification process and stability of the natural plant powders for applications with dairy products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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