When the periodic cellular structure is loaded or swelling beyond the critical value, the structure may undergo a pattern transformation owing to the local elastic instabilities, thus leading to structural collapse and the structure changing to a new configuration. Based on this deformation-triggered pattern, we have proposed the novel composite gel materials. This designed material is a type of architectural material possessing special mechanical properties. In this study, the mechanical behavior of the composite gel periodic structure with various gel inclusions is studied further through numerical simulations. When pattern transformation occurs, it results in a different elastic relationship compared with the material at untransformed state. Based on the obtained nominal stress versus nominal strain behavior, the Poisson's ratio and corresponding deformed structure patterns, we investigate the performance of designed composite materials and the effects of the uniformly distributed gel inclusions on composite materials. A better understanding of the characteristics of these composite gel materials is a key to develop its potential applications on new soft machines.
The purpose of this study is to study the fluid-dynamic and structural characteristics of the conventional greenhouse and to find possible improvement on the current greenhouse. The greenhouse is required to have enough rigidity of the structure while the installation and reinforcement should be as easy as possible. In this study, the structural stability to the snow load was tested through the computational structure analysis based on the building structure standard, and the wind load was computed by computational fluid-structure interaction analysis. The current analysis can be used as a reference data for a new greenhouse and it will be economically viable by reducing installation and maintenance costs.
A shape estimation is needed to control actively a smart structure. A method is, hence, proposed to predict the deformed shape of the structure subjected to unknown external load using the signal from sensors attached to the structure. The shape estimation is based on the relationship between the deformation of the structure and the signal from the sensors. The matrix containing the relationship between the deformation and signal is obtained using fictitious force or eigenvector of global stiffness matrix. Then the deformed shape can be predicted using the linear matrix and signal from sensors attached to the structure. To verify this method, experiment and FEM were performed and it was shown that the shape estimation method based on the fictitious force predicts deflections well and more accurately than that based on eigenvector.
Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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제29권5호
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pp.647-657
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2018
Geometric imperfections may be created during the production process or setting borders of single-layer graphene sheets (SLGSs). Vacancy defects are an instance of geometric imperfection, so investigating the effect of these vacancies on the mechanical properties of single-layer graphene is extremely important. Since very few studies have been conducted on the structure of imperfect graphene (with the vacancy defect) as an anisotropic structure, further study of this defective structure seems imperative. Due to the vacancy defects and for the proper assessment of mechanical properties, the graphene structure should be considered anisotropic in certain states. The present study investigates the effects of site and size of vacancy defects on the mechanical properties of graphene as an anisotropic structure using the lekhnitskii interaction coefficients and Molecular Dynamic approach. The effect of temperature on the severity of the SLGS becoming anisotropic is also investigated in this study. The results reveal that the amount of temperature has a big effect on the severity of the structure getting anisotropic even for a graphene without any defects. The effect of aspect ratio, temperature and also size and site of vacancy defects on the material properties of the graphene are studied in this research work. According to the present study, using material properties of flawless graphene for imperfect structure can lead to inaccurate results.
Kunche, Mani Chandra;Mishra, Pradeep K.;Nallala, Hari Babu;Hirwani, Chetan K.;Katariya, Pankaj V.;Panda, Subhransu;Panda, Subrata K.
Wind and Structures
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제29권5호
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pp.361-369
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2019
The modal frequency responses of adhesive bonded T-joint structure have been analyzed numerically and verified with own experimental data. For this purpose, the damped free frequencies of the bonded joint have been computed using a three-dimensional finite element model via ANSYS parametric design language (APDL) code. The practical relevance of the joint structure analysis has been established by comparing the simulation data with the in-house experimental values. Additionally, the influences of various geometrical and material parameters on the damped free frequency responses of the joint structure have been investigated and final inferences discussed in details. It is observed that the natural frequency values increase for the higher aspect ratios of the joint structure. Also, the joint made up of Glass fiber/epoxy with quasi-isotropic fiber orientation indicates more resistance towards free vibration.
The dynamic behavior of a complex mechanical structure can be identified by dividing the structure into a series of smaller structure, called sub- structure and by studying the dynamic characteristics of these components. Generally, the dynamic characteristics of mechanical structure are strongly affected by the properties of joint parameters. In this paper, to identify the dynamic characteristics of mechanical structure, and experimental identification method in which directrly measured frequency response function(FRF) is used is considered. The method does not use the procedure of complex matrix calculation but use that of real matrix calculation. To confirm this method, computer simulation is performed by using frequency response function mixed with noise, and the experimental study is performed about the simple structure. The dynamic characteristics of joint parameters and identified more accurately than in using the prcedure of complex matrix calculation.
In blood flow passing through the mechanical heart valve (MHV) and elastic blood vessel, hemolysis and platelet activation causing thrombus formation can be seen owing to the shear stress in the blood. Also, fracture and deformation of leaflets can be observed depending on the shape and material properties of the leaflets which is opened and closed in a cycle. Hence, comprehensive study is needed on the hemodynamics which is associated with the motion of leaflet and elastic blood vessel in terms of fluid-structure interaction. In this paper, a numerical analysis has been performed for a three-dimensional pulsatile blood flow associated with the elastic blood vessel and curved bileaflet for multiple cycles in light of fluid-structure interaction. From this analysis fluttering phenomenon and rebound of the leaflet have been observed and recirculation and regurgitation have been found in the flow fields of the blood. Also, the pressure distribution and the radial displacement of the elastic blood vessel have been obtained. The motion of the leaflet and flow fields of the blood have shown similar tendency compared with the previous experiments carried out in other studies. The present study can contribute to the design methodology for the curved bileaflet mechanical heart valve. Furthermore, the proposed fluid-structure interaction method will be effectively used in various fields where the interaction between fluid flow and structure are involved.
With the increasing application of explosive composite structure in many engineering fields, its interface bonding state detection is more and more significant to avoid catastrophic accidents. However, this task still faces challenges due to the complexity of the bonding interface. In this paper, the concept of nonlinear output frequency response functions (NOFRFs) is introduced to detect the bonding state of explosive composite structure. The NOFRFs can describe the nonlinear characteristics of nonlinear vibrating system. Because of the presence of the bonding interface, explosive composite structure itself is a nonlinear system; when bonding interface of the structure is damaged, its dynamic characteristics show enhanced nonlinear characteristic. Therefore, the NOFRFs-based detection index is proposed as indicator to detect the bonding state of explosive composite pipes. The experimental results verify the effectiveness of the detection approach.
The sandwich structure, consisting of a core and a face sheet, is used for lightweight structural application. Generally, cellular structures like honeycomb, foam, and lattice structures are utilized for the core. Among these, lattice structures have several advantages over other types of structures. In other studies, curved lattice structures were reported to have higher mechanical properties than straight structures by converting shear stresses acting on the structure into compressive stresses. Moreover, the addition of vertical struts can have a positive effect on the mechanical properties of the lattice structure. For the purpose, two lattice structures with Circle Arch (CC) and Circular Arch with a vertical column (CC_C) were studied, which were fabricated by using selective laser sintering was conducted. The result showed that CC_C has dramatic performance improvements in specific strength, modulus, and strain energy density compared to CC, confirming that vertical struts played a significant role in the lattice core. Finite element analysis was employed to determine the cause of the stress behavior of CC and CC_C. This study is expected to help design structurally superior lattice cores and sandwich structures.
Domen Seruga;Jernej Klemenc;Simon Oman;Marko Nagode
Coupled systems mechanics
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제12권5호
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pp.409-418
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2023
A coupled algorithm is proposed which first considers the creation of porous structure of the material and then the simulations of response of mechanical components with porous structure to a variable load history. The simulations are carried out by the Prandtl operator approach in the finite element method (FEM) which enables structural simulations of mechanical components subjected to variable thermomechanical loads. Temperature-dependent material properties and multilinear kinematic hardening of the material can be taken into account by this approach. Several simulations are then performed for a tensile-compressive specimen made of a generic porous structure and mechanical properties of Aluminium alloy AlSi9Cu3. Variable mechanical load history has been applied to the specimens under constant temperature conditions. Comparison of the simulation results shows a considerable elastoplastic stress-strain response in the vicinity of pores whilst the surface of the gauge-length of the specimen remains in the elastic region of the material. Moreover, the distribution of the pore sizes seems more influential to the stress-strain field during the loading than their radial position in the gauge-length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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