In this work, the bending and dynamic behaviors of advanced composite plates resting on variable visco-Pasternak foundations are studied using a simple shear deformation integral plate model. The research is carried out with a view to a three-parameter foundation including the influences of the variable Winkler coefficient, the constant Pasternak coefficient and the damping coefficient of the elastic medium. The present theory uses a displacement field with integral terms instead of derivative terms by including also the shear deformation effect without introducing the shear correction factors. The equations of motion for advanced composite plates are obtained using the Hamilton principle. Analytical solutions for the bending and dynamic analysis are deduced for simply supported plates resting on variable visco-Pasternak foundations. Some numerical results are presented to demonstrate the impact of material index, elastic foundation type, and damping coefficient of the foundation, on the bending and dynamic responses of advanced composite plates.
In August 2020, a debris flow occurred in Gokseon, Jeollanam-do, that resulted in the death of five residents. In this study area, high-resolution 0.03 m topographic information was generated through photogrammetry, and the amount of soil movement/loss was measured. In addition, sensitivity analysis was performed for flow depth, flow velocity, and debris flow area with the program Flo-2D using the difference in simulation parameter that discharge and topographic information. Wth increasing debris flow input discharge, increases were seen in flow depth, flow velocity, and debris flow area, as ell as in the gap in results from high-resolution topographic information and low-resolution topographic information. Also, when high-resolution topographic information was used, the results were similar to the actual (measured) flow direction of the debris flow. Therefore, the application of high-resolution topographic information increases the accuracy of the debris flow analysis results compared with low-resolution information. Results could be further imporved in the future by considering geological information such as yield stress and viscosity.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.379-395
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2021
For the complicated structural details in ships and offshore structures, the traditional hotspot stress approaches are known to be sensitive to the element variables of element topologies, sizes, and integration schemes. This motivated to develop a new approach for predicting reasonable hotspot stresses, which is less sensitive to the element variables and easy to be implemented the real marine structures. The three-point bending tests were conducted for the longitudinal attachments with the round and rectangular weld toes. The tests were reproduced in the numerical simulations using the solid and shell element models, and the simulation technique was validated by comparing the experimental stresses with the simulated ones. This paper considered three hotspot stress approaches: the ESM method based on surface stress extrapolation, the Dong's method based on nodal forces along a weld toe, and the proposed method based on nodal forces perpendicular to an imaginary vertical plane at a weld toe. In order to study the element sensitivities of each method, 16 solid element models and 8 shell element models were generated under the bending and tension loads, respectively. The element sensitivity was analyzed in terms of Stress Concentration Factors (SCFs) in viewpoints of two statistical quantities of mean and bias with respect to the reference SCFs. The average SCFs predicted by the proposed method were remarkably in good agreement with the reference SCFs based on the experiments and the ship rules. Negligibly small Coefficients of Variation (CVs) of the SCFs, which is measure of statistical bias, were drawn by the proposed method.
This study compares the revised method in loose saturated sandy ground where the LNG storage tank will be installed with an evaluation method by one-dimensional effective stress analysis using the UBC3D-PLM model. Various laboratory and field tests were conducted to establish the parameters necessary for evaluation. The revised liquefaction evaluation method using the seismic response analysis result and N value from standard penetration testing evaluated the possibility of liquefaction as high, but assessment using effective stress analysis, which can consider various liquefaction resistance factors, found the site to be somewhat stable against liquefaction. One-dimensional finite element analysis using UBC3D-PLM modeling facilitated easier assessment of stability against liquefaction than the other methods and minimized the area required for reinforcement against liquefaction. In addition, it is expected that two-and three-dimensional numerical analysis considering the foundation of the LNG storage tank can identify the seismic design and behavior when liquefaction occurs.
Many codes allow designers to use the bending moment diagram computed by elastic analysis and modify it by a certain amount of moment redistribution (MR) to account for plastic behaviour of continuous beams. However, several researchers indicated that the MR at the ultimate limit state (𝛽u) for some beams deviate significantly from the specified values of various codes. This paper examines the applicability of the provisions on 𝛽u in ACI 318-19 and Eurocode 2 through numerical investigations and comprehensively explores the influencing factors. The results show that some parameters not considered in those codes influence 𝛽u to a certain extent, where the ratio of tensile reinforcement ratio at intermediate support to tensile reinforcement ratio at midspan (𝜌s1/𝜌s2) and load type are crucial parameters to consider. The specific combination of these two parameters may make the codes overestimate or significantly underestimate the 𝛽u. On the other hand, the yield state of both critical sections is found to have an important influence on the influence degree of each parameter on 𝛽u. The yield conditions are investigated, and an empirical judgment equation is proposed. In addition, the influence laws of the critical parameters on 𝛽u have been further proved by theoretical derivation. Finally, due to 𝜀t is found to have a better linear correlation with 𝛽u than xu/d, equations as a function of 𝜀t for predicting the 𝛽u of continuous beams under the two loads are proposed, respectively.
The permeability coefficient is an essential parameter for the study of seepage flow in fractured rock mass. This paper discusses the feasibility and application value of using readily available RQD (rock quality index) data to estimate mine water inflow and grouting quantity. Firstly, the influence of different fracture frequencies on permeability in a unit area was explored by combining numerical simulation and experiment, and the relationship between fracture frequencies and pressure and flow velocity at the monitoring point in fractured rock mass was obtained. Then, the stochastic function generation program was used to establish the flow analysis model in fractured rock mass to explore the relationship between flow velocity, pressure and analyze the universal law between fracture frequency and permeability. The concepts of fracture width and connectivity are introduced to modify the permeability calculation formula and grouting formula. Finally, based on the on-site grouting water control example, the rock mass quality index is used to estimate the mine water inflow and the grouting quantity. The results show that it is feasible to estimate the fracture frequency and then calculate the permeability coefficient by RQD. The relationship between fracture frequency and RQD is in accordance with exponential function, and the relationship between structure surface frequency and permeability is also in accordance with exponential function. The calculation results are in good agreement with the field monitoring results, which verifies the rationality of the calculation method. The relationship between the rock mass RQD index and the rock mass permeability established in this paper can be used to invert the mechanical parameters of the rock mass or to judge the permeability and safety of the rock mass by using the mechanical parameters of the rock mass, which is of great significance to the prediction of mine water inflow and the safety evaluation of water inrush disaster management.
Lei, Jun;Lozano-Galant, Jose Antonio;Xu, Dong;Zhang, Feng-Liang;Turmo, Jose
Smart Structures and Systems
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v.30
no.4
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pp.339-351
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2022
Evaluating the current condition of existing structures is of primary importance for economic and safety reasons. This can be addressed by Structural System Identification (SSI). A reliable static SSI depends on well-designed sensor configuration and loading cases, as well as efficient parameter estimation algorithms. Static SSI by the Measurement Error-Minimizing Observability Method (MEMOM) is a model-based deterministic static SSI method that could estimate structural parameters from static responses. In the current state of the art, this method is only applicable when structures are subjected to one loading case. This might lead to lack of information in some local regions of the structure (such as the null curvatures zones). To address this issue, the SSI by MEMOM using multiple loading cases is proposed in this work. Observability equations obtained from different loading cases are concatenated simultaneously and an optimization procedure is introduced to obtain the estimations by minimizing the discrepancy between the predicted response and the measured one. In addition, a Genetic-Algorithm (GA)-based Optimal Sensor Placement (OSP) method is proposed to tackle the OSP problem under multiple static loading cases for the very first time. In this approach, the Fisher Information Matrix (FIM)'s determinant is used as the metric of the goodness of sensor configurations. The numerical examples of a 3-span continuous bridge and a 13-story frame, are analyzed to validate the applicability of the extended SSI by MEMOM and the GA-based OSP method.
In this article, vibrational behavior and wave propagation characteristics in (FG) functionally graded plates resting on Kerr foundation with three parameters is studied using a 2D dimensional (HSDT) higher shear deformation theory. The new 2D higher shear deformation theory has only four variables in field's displacement, which means has few numbers of unknowns compared with others theories. The shape function used in this theory satisfies the nullity conditions of the shear stresses on the two surfaces of the FG plate without using shear correction factors. The FG plates are considered to rest on the Kerr layer, which is interconnected with a Pasternak-Kerr shear layer. The FG plate is materially inhomogeneous. The material properties are supposed to vary smoothly according to the thickness of the plate by a Voigt's power mixing law of the volume fraction. The equations of motion due to the dynamics of the plate resting on a three-parameter foundation are derived using the principle of minimization of energies; which are then solved analytically by the Navier technique to find the vibratory characteristics of a simply supported plate, and the wave propagation results are derived by using the dispersion relations. Perceivable numerical results are fulfilled to evaluate the vibratory and the wave propagation characteristics in functionally graded plates and some parameters such wave number, thickness ratio, power index and foundation parameters are discussed in detail.
In the present work, a simple and refined shear deformation theory is used to analyze the effect of visco-elastic foundation on the buckling response of exponentially-gradient sandwich plates under various boundary conditions. The proposed theory includes indeterminate integral variables kinematic with only four generalized parameters, in which no shear correction factor is used. The visco-Pasternak's foundation is taken into account by adding the influence of damping to the usual foundation model which characterized by the linear Winkler's modulus and Pasternak's foundation modulus. The four governing equations for FGM sandwich plates are derived by employing principle of virtual work. To solve the buckling problem, Galerkin's approach is utilized for FGM sandwich plates for various boundary conditions. The analytical solutions for critical buckling loads of several types of powerly graded sandwich plates resting on visco-Pasternak foundations under various boundary conditions are presented. Some numerical results are presented to indicate the effects of inhomogeneity parameter, elastic foundation type, and damping coefficient of the foundation, on the critical buckling loads.
In this paper, the effect of deepness on in-plane free vibration behavior of a curved functionally graded (FG) nanobeam based on nonlocal elasticity theory has been investigated. Differential equations and boundary conditions have been developed based on Hamilton's principle. In order to figure out the size effect, nonlocal theory has been adopted. Properties of material vary in radial direction. By using Navier solution technique, the amount of natural frequencies has been obtained. Also, to take into account the deepness effect on vibrations, thickness to radius ratio has been considered. Differences percentage between results of cases in which deepness effect is included and excluded are obtained and influences of power-law exponent, nonlocal parameter and arc angle on these differences percentage are studied. Results show that arc angle and power law exponent parameters have the most influences on the amount of the differences percentage due to deepness effect. It has been observed that the inclusion of geometrical deep term and material distribution results in an increase in sensitivity of dimensionless natural frequency about variation of aforementioned parameters and a change in variation range of natural frequency. Finally, several numerical results of deep and shallow curved functionally graded nanobeams with different geometry dimensions are presented, which may serve as benchmark solutions for the future research in this field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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