Direct numerical simulations (DNS) of turbulent channel flows up to $Re_{\tau}=1270$ are performed to investigate an elliptic feature and strain rate field on cross sections of coherent fine scale eddies (CFSEs) in wall turbulence. From DNS results, the CFSEs are educed and the strain rate field around the eddy is analyzed statistically. The principal strain rates (i.e. eigenvalues of the strain rate tensor) at the CFSE centers are scaled by the Kolmogorov length $\eta$ and velocity $U_k$. The most expected maximum (stretching) and minimum (compressing) eigenvalues at the CFSE centers are independent of the Reynolds number in each $y^+$ region (i. e. near-wall, logarithmic and wake regions). The elliptic feature of the CFSE is observed in the distribution of phase-averaged azimuthal velocity on a plane perpendicular to the rotating axis of the CFSE $(\omega_c)$. Except near the wall, phase-averaged maximum $(\gamma^{\ast}/\gamma_c^{\ast})$ and minimum $(\alpha^{\ast}/\alpha_c^{\ast})$ an eigenvalues show maxima on the major axis around the CFSE and minima on the minor axis near the CFSE center. This results in high energy dissipation rate around the CFSE.
Said Ikram Sadat;Fa-xing Ding;Fei Lyu;Naqi Lessani;Xiaoyu Liu;Jian Yang
Computers and Concrete
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v.32
no.6
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pp.595-606
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2023
Dune sand (DS) has been widely used as a partial replacement for regular sand in concrete construction. Therefore, investigating its mechanical properties is critical for the analysis and design of structural elements using DS as a construction material. This paper presents a comprehensive investigation of the mechanical properties of DS concrete, considering different replacement ratios and strength grades. Regression analysis is utilized to develop strength prediction models for different mechanical properties of DS concrete. The proposed models exhibit high calculation accuracy, with R2 values of 0.996, 0.991, 0.982, and 0.989 for cube compressive strength, axial compressive strength, splitting tensile strength, and elastic modulus, respectively, and an error within ±20%. Furthermore, a stress-strain relationship specific to DS concrete is established, showing good agreement with experimental results. Additionally, nonlinear finite element analysis is performed on concrete-filled steel tube columns incorporating DS concrete, utilizing the established stress-strain relationship. The analytical and experimental results exhibit good agreement, confirming the validity of the proposed stress-strain relationship for DS concrete. Therefore, the findings presented in this paper provide valuable references for the design and analysis of structures utilizing DS concrete as a construction material.
This disquisition proposes a nonlocal strain gradient beam theory for thermo-mechanical dynamic characteristics of embedded smart shear deformable curved piezoelectric nanobeams made of porous electro-elastic functionally graded materials by using an analytical method. Electro-elastic properties of embedded curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary through the thickness direction of beam according to the power-law which is modified to approximate material properties for even distributions of porosities. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, so in this study thermo-mechanical vibration analysis of curve FG piezoelectric nanobeam by considering the effect of these imperfections is performed. Nonlocal strain gradient elasticity theory is utilized to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field. The governing equations and related boundary condition of embedded smart curved porous FG nanobeam subjected to thermal and electric field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved piezoelectric nanobeam resting on Winkler and Pasternak foundation. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, electric voltage, coefficient of porosity, elastic foundation parameters, thermal effect, gradient index, strain gradient, elastic opening angle and slenderness ratio on the natural frequency of embedded curved FG porous piezoelectric nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play important roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
Recent findings indicate that mechanical strain (deformation) exerted by the extracellular matrix modulates activation of airway smooth muscle cells. Furthermore, cytoskeletal organization in airway smooth muscle appears to be dynamic, and subject to modulation by receptor activation and mechanical strain. Mechanosensitive modulation of crossbridge activation and cytoskeletal organization may represent intracellular feedback mechanisms that limit the shortening of airway smooth muscle during bronchoconstriction. Recent findings suggest that receptor-mediated signal transduction is the primary target of mechanosensitive modulation. Mechanical strain appears to regulate the number of functional G-proteins and/or phospholipase C enzymes in the cell membrane possibly by membrane trafficking and/or protein translocation. Dense plaques, membrane structures analogous to focal adhesions, appear to be the primary target of cytoskeletal regulation. Mechanical strain and receptor-binding appear to regulate the assembly and phosphorylation of dense plaque proteins in airway smooth muscle cells. Understanding these mechanisms may reveal new pharmacological targets for control1ing airway resistance in airway diseases.
The mathematical model for tension behaviors of a moving web by Shin (2000) is extended to the tension model considering the thermal strain due to temperature variation in furnace. The extended model includes the terms that take into account the effect of the change of the Young's Modulus, the thermal coefficient, and the thermal strain on the variation of strip tension. Computer simulation study proved that the extended tension model could be used to analyze tension behaviors even when the strip goes through temperature variation. By using the extended tension model, a new tension control method is suggested in this paper. The key factors of suggested tension control method include that the thermal strain of strip could be compensated by using the velocity adjustment of the helper-rollers. The computer simulation was carried out to confirm the performance of the suggested tension control method. Simulation results show that the suggested tension control logic not only overcomes the problem of the traditional tension control logic, but also improves the performance of tension control in a furnace of the CAL (Continuous Annealing Line).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.714-724
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2001
In this work, some inaccuracies and limitation of prior indentation theory, which is based on the deformation theory of plasticity and experimental observations, are first investigated. Then effects of major material properties on the configuration of indentation load-deflection curve are examined via incremental plasticity theory based finite element analyses. It is confirmed that subindenter deformation and stress-strain distribution from the deformation theory of plasticity are quite dissimilar to those from incremental theory of plasticity. We finally suggest the optimal data acquisition location, where the strain gradient is the least and the effect of friction is negligible. This data acquisition point increases the strain range by a factor of five.
This paper deals with the analytical modeling, and the experimental verification of the strain rate self-sensing method using a hybrid adaptive filter for a cantilevered piezoelectric beam. The piezoelectric beam consists of two laminated lead zirconium titanates (PZT) on a metal shim. A mathematical model of the beam dynamics is derived by Hamilton's principle and the accuracy of the modeling is verified through the comparison with experimental results. For the strain rate estimation of the cantilevered piezoelectric beam, a self-sensing mechanism using a hybrid adaptive filter is considered. The discrete parts of this mechanism are realized by the DS1103 DSP board manufactured by dSPACE$\^$TM/. The efficacy of this method is investigated through the comparison of experimental results with the predictions from the derived analytical model.
This paper presents an analytical study that can predict the path-dependent forming limit of anisotropic sheet materials that experience various combinations of strain paths. To predict the forming limit diagrams(FLD), the proposed analytical procedure is performed within the framework of the Marciniak and Kuczynski(M-K) approach by using the Barlat and Lians non-quadratic anisotropic yield criterion and introducing the effect of the existence of a strain gradient over a stretching punch. The predicted path-dependent forming limit of an anisotropic sheet has been compared with the published experimental results. It has been found that the predicted path-dependent forming limits are in good agreement with the experimental data.
The present paper explores forced vibrational properties of porosity-dependent functionally graded (FG) cylindrical nanoshells exposed to linear-type or triangular-type impulse load via classical shell theory (CST) and nonlocal strain gradient theory (NSGT). Employing such scale-dependent theory, two scale factors accounting for stiffness softening and hardening effects are incorporated in modeling of the nanoshell. Two sorts of porosity distributions called even and uneven have been taken into account. Governing equations obtained for porous nanoshell have been solved through inverse Laplace transforms technique to derive dynamical deflections. It is shown that transient responses of a nanoshell are affected by the form and position of impulse loading, amount of porosities, porosities dispensation, nonlocal and strain gradient factors.
Kim Sang-Hyun;Mani Sathyanarayanan;Boyd James G. IV
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.10
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pp.1646-1652
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2006
A model of mechanical behavior of microcantilever due to intrinsic strain during deposition of MEMS structures is derived. A linear ordinary differential equation is derived for the beam deflection as a function of the thickness of the deposited layer. Closed-form solutions are not possible, but numerical solutions are plotted for various dimensionless ratios of the beam stiffness, the intrinsic strain, and the elastic moduli of the substrate and deposited layer. This model predicts the deflection of the cantilever as a function of the deposited layer thickness and the residual stress distribution during deposition. The usefulness of these equations is that they are indicative of the real time behavior of the structures, i.e. it predicts the deflection of the beam continuously during deposition process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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