Based on the ideas of variational differential quadrature (VDQ) and finite element method (FEM), a numerical approach named as VDQFEM is applied herein to study the large deformations of plate-type structures under static loading with arbitrary shape hole made of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FG-GPLRC) in the context of higher-order shear deformation theory (HSDT). The material properties of composite are approximated based upon the modified Halpin-Tsai model and rule of mixture. Furthermore, various FG distribution patterns are considered along the thickness direction of plate for GPLs. Using novel vector/matrix relations, the governing equations are derived through a variational approach. The matricized formulation can be efficiently employed in the coding process of numerical methods. In VDQFEM, the space domain of structure is first transformed into a number of finite elements. Then, the VDQ discretization technique is implemented within each element. As the last step, the assemblage procedure is performed to derive the set of governing equations which is solved via the pseudo arc-length continuation algorithm. Also, since HSDT is used herein, the mixed formulation approach is proposed to accommodate the continuity of first-order derivatives on the common boundaries of elements. Rectangular and circular plates under various boundary conditions with circular/rectangular/elliptical cutout are selected to generate the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometrical properties and reinforcement with GPL on the nonlinear maximum deflection-transverse load amplitude curve are studied.
Xing Fu;Wen-Long Du;Gang Li;Zhi-Qian Dong;Hong-Nan Li
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.461-473
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2024
This study focuses on the reliability of a transmission line under wind excitation and evaluates the failure probability using explicit data resources. The data-driven framework for calculating the failure probability of a transmission line subjected to wind loading is presented, and a probabilistic method for estimating the yearly extreme wind speeds in each wind direction is provided to compensate for the incompleteness of meteorological data. Meteorological data from the Xuwen National Weather Station are used to analyze the distribution characteristics of wind speed and wind direction, fitted with the generalized extreme value distribution. Then, the most vulnerable tower is identified to obtain the fragility curves in all wind directions based on uncertainty analysis. Finally, the failure probabilities are calculated based on the presented method. The simulation results reveal that the failure probability of the employed tower increases over time and that the joint probability distribution of the wind speed and wind direction must be considered to avoid overestimating the failure probability. Additionally, the mixed wind climates (synoptic wind and typhoon) have great influence on the estimation of structural failure probability and should be considered.
Power quality has always been a concern of power engineers. Certainly an argument can be successfully made that most parts of power engineering have the ultimate objective to improve power quality. AC motors were widely used in industrial and domestic applications. Generally, AC motors were of two types: Induction and Synchronous motors. In motor many parameters like different load cycling, switching, working in hot weather and unbalances creates harmonics which creates major reasons for temperature rise of the motors. Due to high peak value of voltage, harmonics can weaken insulation in cables, windings and capacitors and different electronic components. Higher value of harmonics increase the motor current and decrease the power factor which will reduce the life time of the motor and increase the overall rating of all electrical equipments. Harmonics reduction of all the motors in India will save more power. Coating of windings of the motor with nano fillers will reduce the amount of harmonics in the motor. Based on the previous project works, actions were taken to use the enamel filled with various nano fillers for the coating of the windings of the different AC motors. Ball mill method was used to convert the micro particles of Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2 and ZnO into nano particles. SEM, TEM and XRD were used to augment the particle size of the powder. The synthesized nano powders were mixed with the enamel by using ultrasonic vibrator. Then the enamel mixed with the nano fillers was coated to the windings of the several AC motors. Harmonics were measured in terms of various indices like THD, VHD, CHD and DIN by using Harmonic analyzer. There are many other measures and indices to describe power quality, but none is applicable in all cases and in many instances, these indices may hide more than they show. Sometimes power quality indices were used as a basis of comparison and standardization. The efficiency of the motors was increased by 5 – 10 %. The thermal withstanding capacity of the motor was increased by 5º to 15º C. The harmonics of the motors were reduced by 10 – 50%.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.16
no.2
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pp.97-105
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2016
Recently, application case of the ultra rapid hardening concrete-polymer composite(URHCPC) are increasing to repair for the deterioration of pavement. But it is a major disadvantage that the main material is expensive and has environmental load. For these reasons, the development of the economic, eco-friendly materials is needed. Calcium Aluminate Composite (CAC), produced by rapid cooling of atomizing method with molten ladle furnace slag, is a material capable of improving the economic feasibility and reducing the environmental load of URHCPC. In this paper, the properties of CAC and gypsum mixed CAC (GC) as alternative materials of RSC according to the types of polymer dispersion were studied. The results were as follows; compressive strength, tensile strength, flexural strength, bonding strength and modulus of elasticity of the composites using CAC or GC showed higher values than those of plain proportion in 3 hour. In later age, they were at the same level as the general proportions. URHCPC using BPD as polymer dispersion had superior strength properties generally. But modulus of elasticity was the same level as the case of using a SBR latex. According to these results, CAC or GC can partially substituted for RSC to product the URHCPC. When URHCPC uses the BPD as the polymer dispersion, it can be improved performance.
Kim, Hyun Ho;Shim, Chang Su;Yun, Kwang Jung;Lee, Pil Goo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.5
s.78
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pp.549-559
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2005
A railway bridge with a double composite section is proposed to enhance the structural performance of existing two-girder bridges because the governing design parameter of railway bridges is the flexural stiffness. The concrete deck in negative moment regions is neglected in the design of continuous composite bridges assuming the concrete slab has no resistance to tension. Therefore, the flexural stiffness of the composite section in the negative moment region is reduced resulting in the increase of the depth of the steel section. In order to resolve this disadvantage, several methods are suggested and the double composite section is one of the excellent solutions for extending the span length and increasing the flexural stiffness. In this study, push-out tests on lying studs and mixed stud shear connection with lying and vertical studs were performed to investigate the behavior of the shear connection in the double composite section. Static strength of the shear connection was evaluated through the test results and numerical analyses.
Recently many efforts and researches have been done to cope with industrial facilities that require a low energy machines due to the gradual depletion of the natural resources. The fiber-reinforced composite materials in general have good properties and have the proper mechanical properties according to the change of the ply sequences and fiber distribution types. However, in the fiber-reinforced composite material, there are several problems, including fiber breaking, peeling, layer lamination, fiber cracking that can not be seen from the metallic material. Particularly, the fracture and delamination are likely to be affected by the thickness of the stacking laminates when the bi-material laminated structure is subjected to a load of the mixed mode. In this study, we investigated the effect of the thickness ratio of the difference in the CFRP/GFRP bi-material laminate composites by measuring the cracking behavior and the AE characteristics in a mixed mode loading, which may be generated in the actual structure. The results show that the thickness of the CFRP becomes more thick, the mode I energy release rate becomes a larger, and also the influence of mode I is greater than that of mode II. In addition, AE amplitude which shows the level of the damage in the structure was obtained the more damage in the CFRP with the thin thickness.
The estimation of wind speed values used in codes and standards is an integral part of the wind load evaluation process. In a number of codes and standards, wind speeds outside of tropical cyclone prone regions are estimated using a single probability distribution developed from observed wind speed data, with no distinction made between the types of causal wind hazard (e.g., thunderstorm). Non-tropical cyclone wind hazards (i.e., thunderstorm, non-thunderstorm) have been shown to possess different probability distributions and estimation of non-tropical cyclone wind speeds based on a single probability distribution has been shown to underestimate wind speeds. Current treatment of non-tropical cyclone wind hazards in worldwide codes and standards is touched upon in this work. Meteorological data is available at a considerable number of United States (U.S.) stations that have information on wind speed as well as the type of causal wind hazard. In this paper, probability distributions are fit to distinct storm types (i.e., thunderstorm and non-thunderstorm) and the results of these distributions are compared to fitting a single probability distribution to all data regardless of storm type (i.e., co-mingled). Distributions fitted to data separated by storm type and co-mingled data will also be compared to a derived (i.e., "mixed") probability distribution considering multiple storm types independently. This paper will analyze two extreme value distributions (e.g., Gumbel, generalized Pareto). It is shown that mixed probability distribution, on average, is a more conservative measure for extreme wind speed estimation. Using a mixed distribution is especially conservative in situations where a given wind speed value for either storm type has a similar probability of occurrence, and/or when a less frequent storm type produces the highest overall wind speeds. U.S. areas prone to multiple non-tropical cyclone wind hazards are identified.
The School Bus Routing Problem(SBRP) seeks to plan an efficient schedule of a fleet of school buses that must pick up student from various bus stops and deliver them by satisfying various constraints; maximum capacity of the bus, maximum riding time of students, arrival time between a school's time window. By extending the existing SBRP, we consider a case study of SBRP with allowance of mixed-loading and dynamic arrivals reflecting the school bus operation of university in Korea. Our solution procedure is based on constructing the initial solution using sweep algorithm and then improving solution within the framework of the evolutionary approach known as efficient meta-heuristics. By comparing the various scenarios through the constraints relaxation for reflecting the real operational strategies, we assess the merit of our proposed procedure.
Park, Hyunkyu;Beom, Jina;Choi, Dongho;Jung, Jaewoon;Jeung, Minhyuk;Kim, Youngsuk;Choi, Yujin;Jo, Youngjun;Yoon, Kwangsik
Journal of Wetlands Research
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v.20
no.4
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pp.314-321
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2018
In order to quantify nonpoint source pollution, it was proposed to sample at regular intervals of 1 hour for the first 24 hours of storm runoff process by National Institute of Environmental Research for the mixed landuse watershed. However, high frequency sampling requires intensive laboratory analysis and labor costs. In order to investigate the effect of longer sampling interval on the load estimation compared to the 1 hour sampling method, analysis was conducted using monitoring data from rural subwatershed, urban subwatershed, and outlet of the Pungyeongjeongcheon watershed. Statistical analysis revealed that mean of load estimation was not significantly different up to 4 hour sampling frequency. However, 3 hour sampling interval was found to be appropriate for the BOD and TP when it is judged that 10% or less of the difference in loading amount between the 1 hour and other sampling interval is reasonable. The results of this study can be used to conduct an effective monitoring system.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.1
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pp.92-100
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2022
In this paper, to evaluate the effect of SC on the crack self-healing performance and mechanical recovery performance of cement composites, encapsulated intumescent inorganic material-based solid healing materials were prepared. SC was mixed with cement composite materials to evaluate the basic properties, permeability test, and load reload test. SC slightly improved the flow of cement composites, and the compressive strength decreased by about 10 %. Also, the flexural strength decreased by about 30 %. It was found that when SC was mixed with the cement composite material by 5 %, the crack self-healing rate of Plain was improved by about 𝜟10 %. As a result of the load reload test, it was found that the mechanical recovery rate of Plain was improved by about 𝜟20 %. In addition, as a result of analyzing the correlation between the crack self-healing rate and the mechanical recovery rate by the load reload test, it is judged that the healing area of the Plain can be increased due to SC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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