The effect of mechanical, properties in the plastic zone near the crack-tip was investigated, under various controlled loading conditions, i.e., ${\Delta}K$ increasing, ${\Delta}K$ decreasing, and single overload test. For both ${\Delta}K$ decreasing test and ${\Delta}K$ increasing test with constant stress ratio, it is found that the ratio of material constant m'( ${\Delta}K$ decreasing test) to material constant m( ${\Delta}K$ increasing test) is larger than 1 for n<0.1, and it is equal to 1 for 0.10.2. A modified crack growth rate equation based on Forman's equation which applied stable region of fatigue crack propagation in ${\Delta}K$ decreasing test is proposed. Within the limit of this single overload test, an empirical relation between among the retardation ratio (Nd/ $N^{*}$), the strain hardening exponent (n) and the percent peak load (%PL) has been established.established.
Based on the change of traditional viscoelastic damper structure, a brand-new damper is designed to control simultaneously the translational vibration and the rotational vibration for platforms. Experimental study has been carried out on the mechanical properties of viscoelastic material and on its multi-dimensional seismic response control effect of viscoelastic damper. Three types of viscoelastic dampers with different shapes of viscoelastic material are designed to test the influence of excited frequency, strain amplitude and ambient temperature on the mechanical property parameters such as circular dissipation per unit, equivalent stiffness, loss factor and storage shear modulus. Then, shaking table tests are done on a group of single-storey platform systems containing one symmetric platform and three asymmetric platforms with different eccentric forms. Experimental results show that the simulation precision of the restoring force model is rather good for the shear deformation of viscoelastic damper and is also satisfied for the torsion deformation and combined deformations of viscoelastic damper. The shaking table tests have verified that the new-type viscoelastic damper is capable of mitigating the multi-dimensional seismic response of offshore platform.
Thick steel plate is commonly found with mega steel structures but its properties have not been fully explored. Grade Q345GJ-C steel plate with thickness ranging from 60 mm to 120 mm are studied in this paper. Both the static and cyclic performance of material in different directions (horizontal and through-thickness directions) and locations (outer surface, 1/4 thickness and mid-depth) are experimentally obtained. The accumulative damage during cyclic loading is also calculated by using bilinear mixed hardening (BMH) constitutive relationship together with the Lemaitre's damage model. Results show that the static properties are better at the outer surface of thick steel plates than those at mid-depth. Properties in through-thickness direction are similar to those at mid-depth in the horizontal direction. The cyclic performance at different locations of a given plate is similar within the range of strain amplitude studied. However, when damage parameters identified from monotonic tensile tests are included in the numerical simulation of cyclic loading tests, damage is found accumulating faster at mid-depth than close to outer surface.
The present paper addresses the nonlinear response of a FG square plate with two smart layers as a sensor and actuator under pressure. Geometric nonlinearity was considered in the strain-displacement relation based on the Von-Karman assumption. All the mechanical and electrical properties except Poisson's ratio can vary continuously along the thickness of the plate based on a power function. Electric potential was assumed as a quadratic function along the thickness direction and trigonometric function along the planar coordinate. By evaluating the mechanical and electrical energy, the total energy equation can be minimized with respect to amplitude of displacements and electrical potential. The effect of non homogenous index was investigated on the responses of the system. Obtained results indicate that with increasing the non homogenous index, the displacements and electric potential tend to an asymptotic value. Displacements and electric potential can be presented in terms of planar coordinate system. A linear analysis was employed and then the achieved results are compared with those results that are obtained using the nonlinear analysis. The effect of the geometric nonlinearity is investigated by using the comparison between the linear and nonlinear results. Displacement-load and potential-load curves verified the necessity of a nonlinear analysis rather than a linear analysis. Improvement of the previous results (by the linear analysis) through employing a nonlinear analysis can be presented as novelty of this study.
Li, Lingfang;Mei, Hanfei;Haider, Mohammad Faisal;Rizos, Dimitris;Xia, Yong;Giurgiutiu, Victor
Smart Structures and Systems
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제26권2호
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pp.157-174
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2020
The guided wave technique is commonly used in structural health monitoring as the guided waves can propagate far in the structures without much energy loss. The guided waves are conventionally generated by the surface-mounted piezoelectric wafer active sensor (PWAS). However, there is still lack of understanding of the wave propagation in layered structures, especially in structures made of anisotropic materials such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this paper, the Rayleigh-Lamb wave strain tuning curves in a PWAS-mounted unidirectional CFRP plate are analytically derived using the normal mode expansion (NME) method. The excitation frequency spectrum is then multiplied by the tuning curves to calculate the frequency response spectrum. The corresponding time domain responses are obtained through the inverse Fourier transform. The theoretical calculations are validated through finite element analysis and an experimental study. The PWAS responses under the free, debonded and bonded CFRP conditions are investigated and compared. The results demonstrate that the amplitude and travelling time of wave packet can be used to evaluate the CFRP bonding conditions. The method can work on a baseline-free manner.
The present paper investigates the simultaneous resonance behavior of spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells with internal and external functionally graded stiffeners under the two-term large amplitude excitations. The structure is embedded within a generalized nonlinear viscoelastic foundation which is composed of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The cylindrical shell has three layers consist of ceramic, FGM, and metal. The exterior layer of the cylindrical shell is rich ceramic while the interior layer is rich metal and the functionally graded material layer is located between these layers. With regard to classical shells theory, von-Kármán equation, and Hook law, the relations of stress-strain are derived for shell and stiffeners. The spiral stiffeners of the cylindrical shell are modeled according to the smeared stiffener technique. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The simultaneous resonance is obtained using the multiple scales method. Finally, the influences of different material and geometrical parameters on the system resonances are investigated comprehensively.
In a large diameter piping system, high frequency energy can produce excessive noise, high vibration, and failures of thermo-well, instrumentation, and attached small-bore piping. High frequency energy is generated by flow induced vibration like vortex shedding in orifices and valves. Once this energy is generated, amplification may occur from acoustical and/or structural resonances, resulting in high amplitude vibration and noise. At low frequencies, pipe vibration occurs laterally along the pipe's length, but at higher frequencies, the pipe shell wall vibrates radially across its cross-section. The simple beam analogy which is based on the beam mode vibration can not be applied to evaluate shell mode vibration. ASME OM3 recommends that the stress be measured directly by strain gauge and be evaluated according to the fatigue curves of the piping material. This Paper discusses the excitation and amplification mechanism relevant to high frequency energy generation in piping system, the monitoring method of the shell mode vibration in ASME OM3, the evaluation method generally used in the industry. Finally this paper presents the stress evaluation of the cavitating venturi down stream piping, where high frequency shell mode vibrations were observed during the operation.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제6권1호
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pp.17-26
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2005
An optical phase tracking technique for an extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) is proposed in order to overcome interferometric non-linearity. Basic idea is utilizing strain-rate information, which cannot be easily obtained from an EFPI sensor itself. The proposed phase tracking system consists of a patch-type EFPI sensor and a simple on-line phase tracking logic. The patch-type EFPI sensor comprises an EFPI and a piezoelectric patch. An EFPI sensor itself has non-linear behavior due to the interferometric characteristics, and a piezoelectric material has hysteresis. However, the composed patch-type EFPI sensor system overcomes the problems that can arise when they are used individually. The dynamic characteristics of the proposed phase tracking system were investigated, and then the patch-type EFPI sensor system was applied to the active suppression of flutter, dynamic aeroelastic instability, of a swept-back composite plate structure. The proposed system has effectively reduced the amplitude of the flutter mode, and increased flutter speed.
The fatigue properties of Ti-Ni shape memory alloy wires were investigated. In Ni-rich Ti-Ni shape memory alloys, $Ti_3Ni_4$ precipitates formed by aging treatments are believed to vary the shape memory and mechanical properties. In this study, the effect of aging temperature and aging time on shape memory properties and fatigue life were investigated using Ti-50.9 at% Ni alloy wires. The specimens were solution-treated at 1073 K for 3.6 ks followed by aging at 573 K, 673 K and 773 K for periods between 3.6 ks and 3600 ks. It was found that the fatigue life under a constant stress decreased with increasing aging temperature. When the specimens were aged at 573 K for periods between 36 ks and 360 ks, superior shape memory and fatigue properties were obtained. The fatigue life also decreased when the test temperature and strain amplitude increased. It was concluded that the fatigue life exhibited a linear relationship with the critical stress for slip.
To investigate the liquefaction potential of sands, a series of untrained cyclic triaxial compression tests is carried out on the samples of Ottawa, Joomoonjin, Hn river and Hongseung sands. The constitutive equations of sands are derived to explain the mechanical behavior of sands under cyclic stresses, and are applicable to liquefaction analysis. The following results are obtainded in this study. 1. Sands with the lower confining pressure or relative density are to be easily liquefied, and when the amplitude of cyclic stress are large, liquefaction takes places over only a few cycles. 2. Stress ratio, porewater pressure ratio and cyclic shear strains are to be good criteria to evaluate liquefaction potential of sands. 3. Hongseung sands which contains some silty clay shows higher dynamic properties than other sands. 4. The dynamic behaviors of undisturbed Hongseung sand are about same as those of dense sands. It is noted that undisturbed Hongseung sand shows higher liquefaction potential than the samples made by pluviation under same relative density, 5. The constitutive equations of soils under cyclic loads are developed based on the theory of elasto-plasticity, logarithmic stress-strain rela'tionship, non-associated flow rule and the concept of the boundary surface. The derived equations is applicable to predict the behavior of sands under cyclic loads and liquefaction potential with a higher accuracy. 6. Based on results of the study it may be concluded that cracks of the foundations and dislocation of the structures at Hongseung earthquakes(Oct. 7, 1978, Richter scald 5.2) are not brought by the liquefaction process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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