This paper describes a damage accumulation mechanism in cross-ply CFRP laminates $[0_2/90_2]_{2S}$ subjected to out-of-plane loading. Drop-weight impact and static indentation tests were carried out, and induced damage was observed by ultrasonic C-scan and an optical microscope. Both tests gave essentially the same results for damage modes, sizes, and load-deformation history. First, a crack occurred in the bottom $0^{\circ}$ layer accompanying some delamination along the crack caused by bending stress. Then, transverse cracks occurred in the middle $90^{\circ}$ layer with decreasing contact force between the specimen and the indenter. Measured local strains near the impact point showed that the stress state changed from a bending dominant state to an in-plane tensile dominant state. A cohesive interface element was used to simulate the propagation of multiple delaminations and transverse cracks under static indentation. Two types of analytical models are considered, one with multiple delaminations and the other with both multiple delaminations and transverse cracks. The damage obtained for the model with only multiple delaminations was quite different from that obtained from the experiment. However, the results obtained from the model with both delaminations and transverse cracks well explain the characteristics of the damage obtained in the experiment. The existence of the transverse cracks is essential to form the characteristic impact damage.
Rahman, Mahmudur;Okui, Yoshiaki;Anwer, Muhammad Atif
국제강구조저널
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제18권4호
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pp.1397-1409
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2018
Stiffened plates with high slenderness parameters show large out-of-plane deflections, due to elastic buckling, which may occur before the plates reach their ultimate strength. From a serviceability point of view, restriction of out-of-plane deflections exceeding the fabrication tolerance is of primary importance. Compressive strength at the serviceability limit state (SLS) for slender stiffened plates under uniaxial stress was investigated through nonlinear elasto-plastic finite element analysis, considering both geometric and material nonlinearity. Both normal and high-performance steel were considered in the study. The SLS was defined based on a deflection limit and an elastic buckling strength. Probabilistic distributions of the SLS strengths were obtained through Monte Carlo simulations, in association with the response surface method. On the basis of the obtained statistical distributions, partial safety factors were proposed for SLS. Comparisons with the ultimate strength of different design codes e.g. Japanese Code, AASHTO, and Canadian Code indicate that AASHTO and Canadian Code provide significantly conservative design, while Japanese Code matches well with a 5% non-exceedance probability for compressive strength at SLS.
Formability simulation of automotive panels at early design phases can reduce product and tooling development time and cost. However, for the simulation to be effective in leading the design process, fast and reliable results should be achieved with limited design definition and minimum modeling effort. In this paper, nonlinear finite element analysis is used to develop an automated process for the formability simulation of automotive body panels at early design phases. Due to the limited design definition at early design phases, the automated simulation process is based on the plane strain analysis for selected number of typical sections along the panel. Therefore, an entire panel can be analyzed with few sections. The state of plane strain can be easily induced, during simulation through symmetry and applied boundary conditions that simplify the modeling process. To study the reliability and effectiveness of the developed simulation process, the analytical results are compared with measured results of production automotive body side panels. The comparison demonstrates that the developed simulation process is reliable and can be effective for analyzing sheet metal formability, in early vehicle development phases.
In this study, the back analysis was performed by means of stereo-net, plane failure and block failure method to collapsed fields among the rock slopes designed by standardized criterion, and the internal frictions from the back analysis were compared with those used to reinforcement design. It was concluded that in the result of the analysis by means of stereo net, plain failure and block failure methods, the internal frictions used to re-design of collapsed slope underestimated 10$^{\circ}$, 5$^{\circ}$ and 10$^{\circ}$ in average. At present, the internal friction on the design is used the experience value according to the state of weathering, but internal friction angle by the back analysis on collapsed slope with various methods were more reliable values than those from the present method. And it was concluded that re-design was made extravagantly because the internal friction used to re-design for reinforcement of the collapsed slope was less than back analysis.
The transient characteristics of separately excited d-c motor driven by thyristor d-c chopper is studied in this paper. The armature controlled system is applied. As a result of theoretrical analysis the following conculsions were drawn: (1) For the transient analysis, it is recognized that the state transition analysis is a more general method and powerful tool than the state equation method or signal flow graph method, although it includes iterative matrix calculations. And the system is dealt with a finite width sampled-data system in the state transition analysis. (2) The transient characteristics of the motor angular velocity and its torque to the sampling duration variation are compared with those due to the amplitude variation of d-c chopper voltage as follows. The attenuation rate of the transient characteristics is equal in both cases, but the initial value of the transient characteristics in former case is greater than in latter case. (3) The roots of characteristics equation of the system lie inside the unit circle of the Z-plane. Therefor the system is stable. Further it is found that as the sampling duration is decreased the relative stability is lessened.
Solar power systems have become popular in the modem electric energy system. In order to supply the DC power, generated by solar cells, to the electric power system, the solar power system requires DC-to-AC power conversion. A line-commutated inverter or a forced-commutated inverter can be used in the DC-to-AC power conversion. Because of the nonlinear V-I characteristics of the solar cells, multiple operating points determined by the control mode of the inverter exist in the DC V-I state plane of the solar power system. In this paper, the stability of utility-interactive solar power system with a line-commutated inverter is analyzed at various operating points, using the eigenvalue method and the state-plane analysis technique. The stability of a forced-commutated inverter case is also anaiyzed and compared to that of the line-commutated inverter case.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.161-171
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2011
The availability of a high quality open source CFD simulation platform like OpenFOAM offers new R&D opportunities by providing direct access to models and solver implementation details. Efforts have been made by Hydro-Qu$\'{e}$bec to adapt OpenFOAM to hydroturbines for the development of steady-state capabilities. This paper describes the developments that have been made to implement new turbomachinery related capabilities: multiple frames of reference solver, domain coupling interfaces (GGI, cyclicGGI and mixing plane) and specialized boundary conditions. Practical use of the new turbomachinery capabilities are demonstrated for the analysis of a 195-MW Francis turbine.
In this paper, we adopted a two-dimensional analytical electro-elastic model to predict the stress distributions of the piezoelectric actuator in 3D case. The actuator was embedded in an elastic host structure under electrical loadings. The problem is reduced to the solution of singular integral equations of the first kind. The interfacial stresses and the axial normal stress in both plane stress state and plane strain state were obtained to study the actuation effects being transferred from the actuator to the host. The stress distributions of the PZT actuator in different length and different thickness were analyzed to guarantee the generality. The validity of the present model has been demonstrated by application of specific examples and comparisons with the corresponding results obtained from the Finite Element Method.
A four-degree of freedom model is suggested to understand the basic dynamical behaviors of the normal interaction between two masses of the friction induced normal vibration system. The two masses may be considered as the pad and the disk of the brake. The phase space analysis is performed to understand complicated in-plane dynamics of the non-linear model. Attractors in the phase space are examined for various conditions of the parameters. In certain conditions, the attractor becomes a limit cycle showing the stick-slip phenomena. In this paper, on the basis of the in-plane motion not only the existence of the limit cycle but also the size of the limit cycle is examined o demonstrate the non-linear dynamics that leads the unstable state and then the normal vibration is investigated as the state of the in-plane motion For only one case of the system frequency(two masses with same natural frequencies), the propensity of the normal vibration is discussed in detail. The results show an important fact that it may be not effective when too much damping is present in the only one part of the masses.
In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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