This paper presents a numerical model developed to evaluate the load-deflection and moment-curvature relationship for concrete beams strengthened externally with four different Fiber Reinforced Polymer (FRP) composite systems. The developed model considers the inelastic behavior of concrete section subjected to a combined axial force and bending moment. The model accounts for tensile strength of concrete as defined by the modulus of rupture of concrete. Based on the adopted material constitutive relations, the model evaluates the sectional curvature as a function of the applied axial load and bending moment. Deflections along the beam are evaluated using a finite difference technique taking into account support conditions. The developed numerical technique has been tested on a cantilever beam with a transverse load applied at its end. A study of the behavior of the beam with tension reinforcement compared to that with FRP areas giving an equivalent ultimate moment has been carried out. Moreover, cracking of the section in the tensile region at ultimate load has also been considered. The results indicated that beams reinforced with FRP systems possess more ductility than those reinforced with steel. This ductility, however, can be tuned by increasing the area of FRP or by combining different FRP layers.
An efficient and free of shear locking finite element model is developed and employed to study free vibration of tapered bidirectional functionally graded material (BFGM) beams. The beam material is assumed to be formed from four distinct constituent materials whose volume fraction continuously varies along the longitudinal and thickness directions by power-law functions. The finite element formulation based on the first-order shear deformation theory is derived by using hierarchical functions to interpolate the displacement field. In order to improve efficiency and accuracy of the formulation, the shear strain is constrained to constant and the exact variation of the cross-sectional profile is employed to compute the element stiffness and mass matrices. A comprehensive parametric study is carried out to highlight the influence of the material distribution, the taper and aspect ratios as well as the boundary conditions on the vibration characteristics. Numerical investigation reveals that the proposed model is efficient, and it is capable to evaluate the natural frequencies of BFGM beams by using a small number of the elements. It is also shown that the effect of the taper ratio on the fundamental frequency of the BFGM beams is significantly influenced by the boundary conditions. The present results are of benefit to optimum design of tapered FGM beam structures.
Ha, Jung-Chan;Oh, Sung Ha;Baek, In-Seok;Lee, Seok-Soon
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.80-87
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2020
The currently observed trend in car manufacturing is to increase energy-efficiency by producing lighter cars. This study examines the replacement of particular parts, specifically around the impact beam, with material composites 30% lighter than conventional steel currently used. The shape of the impact beam was determined as the trapezoidal cross-sectional area with central reinforcement, using three-point bending analysis. A prototype was fabricated based on the findings of our study and its performance was evaluated by the three-point bending analysis; 2 ply of aramid applied for its displacement. The performance of the final prototype for the door assembly was evaluated using a side-door strength test, which resulted to measured initial strength of 10.5 KN and intermediate strength of 15.6 KN. This research provides a promising solution for better impact beam manufacturing.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.2E
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pp.79-87
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2006
The main objective of this research is to examine the behavior of high-strength concrete(HSC) columns. Eight test columns in one-third scale were tested under the conditions of cyclic lateral force and a constant axial load equal to 30% of the column axial load capacity. The $200{\times}200mm$ square columns were reinforced with eight DB bars constituting a longitudinal steel ratio of 2.54% of the column cross-sectional area. The main experimental parameters were volumetric ratio of transverse reinforcement(${\rho}_s$=1.58, 2.25 percent), tie configuration(Type H, Type C, Type D) and tie yield strength($f_{yh}$=548.8 and 779.1 MPa). It was found that the hysteretic behaviour and ultimate deformability of HSC columns were influenced by the amount and details of transverse reinforcement in the potential plastic hinge regions. Columns of transverse reinforcement in the amount 42 percent higher than that required by seismic provisions of ACI 318-02 showed ductile behavior. At 30% of the axial load capacity, it is recommended that the yield strength of transverse reinforcement be held equal to or below 548.8 MPa. Correlations between the calculated damage index and the damage progress are proposed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.4
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pp.127-135
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1984
This paper considers the problem of optimum shaping of steel arches subjected to general loading. The weight of arches is considered as the objective function and the appropriate combinations of section forces, material volume, arc length, and closed section area of arches are considered as the stress constraints. The shape optimization problems are formulated in terms of the design variables of sectional areas of each element. First the cost sensitivity of the design is investigated. Then the investigation comprises the search for the optimum arch form as well as the optimum area distribution along the arch. Two spaces of shape optimization algorithm will be treated, the first space corresponding to the section optimization by the Modified Newton Raphson Method, and the second space to the coordinate optimization by the Powell Method. The optimization algorithm is evaluated and the optimum span-rise ratios for the given arches are evaluated.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.1
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pp.46-53
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2000
Magnetostrictive sensors which can be used effectively to detect flaws in pipe were fabricated. The optimal conditions to obtain the maximum generation efficiency of the ultrasonic wave were established. In case of the used steel pipe the optimal magnetic field was $250{\sim}350Oe$ and the coil width of 15mm showed the best efficiency for generating a wave with the frequency of 180 kHz. In the best condition, the wave can propagate further than 50m without serious attenuation. The amplitude of the ultrasonic wave reflected from artificial flaw had a good linear relationship to the cross-sectional area of the flaw.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.10a
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pp.38-42
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2001
A complete quantitative understanding of DT has been difficult because the process represents such a broad field of research. The experimental measurement of tool force is a single area of DT which still covers a wide range of possibilities. There are numerous parameters of the process which affect cutting forces. There are also many turnable materials of current interest. To obtain information toward a better understanding of the process, a few cutting parameters and materials were selected for detail study. It was decided that free-oxygen copper and 6061-T6 alloy aluminum would be the primary test materials. There are materials which other workers have also used because of there wide use in reflective applications. The experimental phase of the research project began by designing tests to isolate certain cutting parameters. The parameters chosen to study were those that affected the cross-sectional area of the uncut chip. The specific parameters which cause this area to vary are the depth of cut and infeed per revolution, or feedrates. Other parameter such a tool nose radius and surface roughness were investigated as they became relevant to the research.
Methods for estimating structural reliability using probability ideas are well established. When the residual ultimate strength of a buried pipeline is exceeded the limit, breakage becomes imminent and the overall reliability of the pipe distribution network is reduced. This paper is concerned with estimating structural failure of underground flexible pipes due to corrosion induced excessive deflection, buckling, wall thrust and bending stress subject to externally applied loading. With changes of pipe wall thickness due to corrosion, the moment of inertia and the cross-sectional area of pipe wall are directly changed with time. Consequently, the chance of survival or the reliability of the pipe material is decreased over time. One numerical example has been presented for a buried steel pipe to predict the probability of failure using Hasofer-Lind and Rackwitz-Fiessler algorithm and Monte Carlo simulation. Then the parametric study and sensitivity analysis have been conducted on the reliability of pipeline with different influencing factors, e.g. pipe thickness, diameter, backfill height etc.
In the present study, $TiB_2-Co$ composite coatings were thermally sprayed onto the surface of a 304 stainless steel substrate using an atmospheric plasma spray (APS). The phase analysis of the powders and plasma-sprayed coatings was performed using X-ray diffractometry analysis. The microstructures of the coatings were studied by a scanning electron microscope (SEM). The average particle size and flowability of the feedstocks were also measured. Both $TiB_2-32Co$ and $TiB_2-45Co$ (wt.%) coatings possessed typical dense lamellar structures and high-quality adhesion to the substrate. The oxidation behaviors of the coatings were studied at $900^{\circ}C$ in an atmospheric environment. In addition, the cross-sectional images of the oxidized coatings were analyzed by SEM. A thin and well-adhered layer was formed on the surface of both $TiB_2-Co$ coatings, confirming satisfactory high-temperature oxidation resistance. The kinetic curves corresponding to the isothermal oxidation of the coatings illustrated a short transient stage from rapid to slow oxidation during the early portion of the oxidation experiment.
High strength concrete is the occurrence of explosive spalling associated with high temperature such as a fire. The spalling causes the sever reduction of the cross sectional area with the exposure of the reinforcing steel, which originates a problem in the structural behaviour. The purpose of this study is to investigate the mechanical properties of lightweight mortar using perlite and polypropylene fiber for fire protection covering material. For this purpose, selected test variables were the ratio of water to cement, the ratio of cement to perlite, contents of polypropylene fiber. As a result of this study, it has been found that addition of perlite and polypropylene fiber to mortar modifies its pore structure and reduces its density. And it has been found that a new lightweight mortar can be used in the fire protection covering material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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