Yaylaci, Murat;Yaylaci, Ecren Uzun;Ozdemir, Mehmet Emin;Ay, Sevil;Ozturk, Sevval
Steel and Composite Structures
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v.45
no.4
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pp.501-511
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2022
In this study, a two-dimensional model of the contact problem has been examined using the finite element method (FEM) based software ANSYS and based on the multilayer perceptron (MLP), an artificial neural network (ANN). For this purpose, a functionally graded (FG) half-infinite layer (HIL) with a crack pressed by means of two rigid blocks has been solved using FEM. Mass forces and friction are neglected in the solution. Since the problem is analyzed for the plane state, the thickness along the z-axis direction is taken as a unit. To check the accuracy of the contact problem model the results are compared with a study in the literature. In addition, ANSYS and MLP results are compared using Root Mean Square Error (RMSE) and coefficient of determination (R2), and good agreement is found. Numerical solutions are made by considering different values of external load, the width of blocks, crack depth, and material properties. The stresses on the contact surfaces between the blocks and the FG HIL are examined for these values, and the results are presented. Consequently, it is concluded that the considered non-dimensional quantities have a noteworthy influence on the contact stress distributions, and also, FEM and ANN can be efficient alternative methods to time-consuming analytical solutions if used correctly.
Aman Garg;Neeraj Kumar Shukla;M.Ramkumar Raja;Hanuman D. Chalak;Mohamed-Ouejdi Belarbi;Abdelouahed Tounsi;Li Li;A.M. Zenkour
Steel and Composite Structures
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v.49
no.5
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pp.547-570
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2023
In the present work, a comparative study has been carried out between power, exponential, and sigmoidal sandwich FGM plates for free vibration conditions under hygro-thermal conditions. Rules of mixture is used to determine effective material properties across the thickness for power-law and sigmoid sandwich FGM plates. Exponential law is used to plot effective material properties for exponentially graded sandwich FGM plates. Temperature and moisture dependent material properties were used during the analysis. Free vibration analysis is carried out using recently proposed finite element based HOZT. Present formulation satisfies interlayer transverse stress continuity conditions at interfaces and transverse shear stress-free conditions at the plate's top and bottom surfaces. The present model is free from any penalty or post-processing requirements. Several new results are reported in the present work, especially for unsymmetric sandwich FGM plates and exponential and sigmoidal sandwich FGM plates.
This paper aims to investigate the free vibration analysis of FG plates, taking into account the effects of even and uneven porosity. The study employs the Hellinger-Reisner functional and obtains the element's bending stress and membrane stress fields from the analytical solution of the governing equations of the thick plate and plane problem, respectively. The displacement field serves as the second independent field. While few articles on free vibration analysis of circular plates exist, this paper investigates the free vibration of both rectangular and circular plates. After validating the proposed element, the paper investigates the effects of porosity distributions on the natural frequency of the FG porous plate. The study calculates the natural frequency of thin and thick bending plates with different aspect ratios and support conditions for various porosity and volume fraction index values. The study uses three types of porosity distributions, X, V, and O, for the uneven porosity distribution case. For O and V porosity distribution modes, porosity has a minor effect on the natural frequency for both circular and rectangular plates. However, in the case of even porosity distribution or X porosity distribution, the effect of porosity on the natural frequency of circular and rectangular plates increases with an increase in the volume fraction index.
In order to study the shear mechanical behavior of prefabricated and assembled multi-key group stud connectors, this paper conducted push-out tests on 10 prefabricated and assembled multi-key group stud connectors, distributed in 5 groups, and detailed the failure modes of each specimen. Based on the finite element software, a total of 22 models of this type of stud connector are established, and validated the finite element models using the push-out tests. Furthermore, the effects of stud diameter, number of key groups, and spacing of key groups on the shear resistance of prefabricated and assembled multi-key group stud connectors are analyzed. Combined with the test and finite element, the force analysis is carried out for the stud and first-pouring and post-pouring concrete. The results show that the spacing and number of key groups have a significant impact on the shear capacity and shear stiffness of the specimen. For a single stud, the shear force is transferred to the surrounding concrete via the stud's root. When the stud is finally cut, the steel and the concrete plate are separated. Under vertical shear force, the top row of studs experiences the highest shear, while the middle row has the least. Based on statistical regression, a formula of assembled multi-key group stud connectors is proposed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.4
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pp.159-168
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2005
This study carries out a finite difference nonlinear analysis of anisotropic advanced composite plate structures with various layer sequences. In the numerical analysis of various mechanical problems involving complex partial differential equations, the finite difference method (FDM) developed in this study has an advantage over the finite element method in its ability to avoid mesh generation and numerical integration. Many studies in FDM have been made on clamped or simple boundary conditions using merely an energy approach. These approaches cannot be satisfied, however, with pivotal points along the free boundary. Therefore, this study addresses the nonlinear problem of anisotropic plates by adopting a finite difference modeling elimination of pivotal difference points in the case of a free boundary condition. Complex nonlinear behaviors of composite plate structures for various parameters, especially for layer sequences, are analyzed using the proposed approach.
Honeycomb sandwich composite(HSC) structures have been widely used in aircraft and military industry owing to their light weight and high stiffness. Mechanical properties of honeycomb core materials are needed for accurate analysis of the sandwich composites. In this study. theoretical formula for effective elastic modulus and Poisson's ratio of honeycomb core materials was established using an energy method considering the bending, axial and shear deformations of honeycomb core walls. Finite-element analysis results obtained by using commercial FEA code, ABAQUS 6.3 were comparable to the theoretical ones. In addition, we performed tensile test of HSC plates and analyzed deformation behaviors and interlaminar stresses through its FEA simulation. An increased shear stress along the interface between surface and honeycomb core layers was shown to be the main reason for interfacial delamination in HSC plate under tensile loading.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.12
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pp.1201-1206
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2008
This study is focused on the investigation of the modal characteristics of the preliminary models of science technology satellite-3 (STSAT-3). Prior to the final decision of the composite structure model, several candidate structure models have been developed so as to find the most qualified structures with respect to the satellite structure systems' requirements and then utilize the information achieved to a real design. The main structure is composed of fiber reinforced composite faced honeycomb sandwich panel whose modal characteristics are found and compared to each other by means of finite element numerical analyses. Results from the current study demonstrate that a rectangular box shape having supporting inner panel shows relatively higher fundamental mode frequencies than octagonal box shape and etc., and regardless of the structure model shape tested herein, the fundamental mode turns out lateral bending mode.
In this study, four types of composite added filtration (aluminum, nickel, copper, and zinc) were combined for each thickness to evaluate dose reduction and optimal images due to X-ray attenuation. To evaluate dose and image quality. X-ray generators, Dose Area Product(DAP) and ICY programs with RQR9 standard quality were used. In the image quality evaluation element (PSNR, RMSE, SSIM), only images with PSNR value of 30 dB or more were analyzed. As a result, the best combination in dose evaluation was 3 mmAl + 0.6 mmNi (0.16µGy㎡), and the best filter in image quality evaluation was 0.9 mmAl (PSNR 34.24dB, RMSE 79.52, SSIM 0.24). In this study, the dose aspect and the image quality aspect are mentioned, So it is considered that further studies on patient's exposure dose and optimal image will be needed in the future.
Kim, Bo Ram;Kang, Seong Deok;Kim, Hyung Geun;Kim, Myeong Han;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.3
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pp.365-375
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2008
The main objective of this paper is to study the behaviour of yLRC composite columns at elevated temperatures by experimental test. The effects of load ratios, cross-section size and fire protection for the yLRC columns were investigate d by the test and compared using the heat transfer analysis perfo rmed based on the finite element program ANSYS 10.0 using the ISO834 standard fire curve, following the main guidelines proposed by the EC4 Part 1.2. As heat transfer is the movement of heat by conduction, convection, and radiation, and as temperature inside an object varies by position and time, time. As the steel's thermal conductivity is higher than that of concrete, steel loses its strength rapidly in a high-temperature situation such as a fire. Fire resistance performance of the yLRC composite column under fire conditions was evaluated througheat transfer analysis for parametric study.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.1
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pp.32-43
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2014
Automatic fiber placement (AFP) has become a popular processing technique for composites in the aerospace industry, due to its ability to place prepregs or tapes precisely in the exact position when complex parts are being manufactured. This paper presents the design, analysis, and manufacture of an AFP mandrel for composite aircraft fuselage skin fabrication. According to the design requirements, an AFP mandrel was developed and a numerical study was performed through the finite element method. Linear static load analyses were performed considering the mandrel structure self-weight and a 2940 N load from the AFP machine head. Modal analysis was also performed to determine the mandrel's natural frequencies. These analyses confirmed that the proposed mandrel meets the design requirements. A prototype mandrel was then manufactured and used to fabricate a composite fuselage skin. Material load tests were conducted on the AFP fuselage skin curved laminates, equivalent flat AFP, and hand layup laminates. The flat AFP and hand layup laminates showed almost identical strength results in tension and compression. Compared to hand layup, the flat AFP laminate modulus was 5.2% higher in tension and 12.6% lower in compression. The AFP curved laminates had an ultimate compressive strength of 1.6% to 8.7% higher than flat laminates. The FEM simulation predicted strengths were 4% higher in tension and 11% higher in compression than the flat laminate test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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