The present contribution is concerned with the static and dynamic stability of a piezo-laminated Bernoulli-Euler beam subjected to an axial compressive force. Recently, an inconsistent derivation of the equations of motions of such a smart structural system has been presented in the literature, where it has been claimed, that an axial piezoelectric actuation can be used to control its stability. The main scope of the present paper is to show that this unfortunately is impossible. We present a consistent theory for composite beams in plane bending. Using an exact description of the kinematics of the beam axis, together with the Bernoulli-Euler assumptions, we obtain a single-layer theory capable of taking into account the effects of piezoelectric actuation and buckling. The assumption of an inextensible beam axis, which is frequently used in the literature, is discussed afterwards. We show that the cited inconsistent beam model is due to inadmissible mixing of the assumptions of an inextensible beam axis and a vanishing axial displacement, leading to the erroneous result that the stability might be enhanced by an axial piezoelectric actuation. Our analytical formulations for simply supported Bernoulli-Euler type beams are verified by means of three-dimensional finite element computations performed with ABAQUS.
Cold-formed lipped channel columns (CFLCCs) have been widely used in light gauge steel constructions. The distortional buckling is one of the important buckling modes for CFLCCs and the distortional buckling critical load depends significantly on the rotational restrain stiffness generated by the web to the lipped flange. First, a simplified explicit expression for the rotational restraint stiffness of the lipped flange has been derived. Using the expression, the characteristics of the rotational restraint stiffness of the lipped flange have been investigated. The results show that there is a linear coupling relationship between the applied forces and the rotational restraint stiffness of the lipped flange. Based on the explicit expression of the rotational restraint stiffness of the lipped flange, a simplified analytical formula has been derived which can determine the elastic distortional buckling critical stress of the CFLCCs subjected to axial compression. The simplified analytical formula developed in this study has been shown to be accurate through the comparisons with results from the distortional buckling analyses using the ANSYS finite element software. The developed analytical formula is easy to apply, and can be used directly in practical design and incorporated into future design codes and guidelines.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.9
no.4
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pp.1043-1049
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2008
In this paper, we investigate the static response. natural frequencies and buckling loads of functionally graded material (FGM) plates, using a Navier method. The eigenvalues of the FGM plates and shells are calculated by varying the volume fraction of the ceramic and metallic constituents using a sigmoid function, but their Poisson's ratios of the FGM plates and shells are assumed to be constant. The expressions of the membrane. bending and shear stiffness of FGM plates art more complicated combination of material properties than a homogeneous element. In order to validate the present solutions, the reference solutions of rectangular plates based on the classical theory are used. The various examples of composite and FGM structures are presented. The present results are in good agreement with the reference solutions.
The leachability of boron in zinc borate (ZB)-modified oriented strandboard (OSB) from southern wood species was investigated in this study. The leaching experiments were conducted by exposing edge-sealed OSB samples under running water at $31^{\circ}C$ for 8, 24, 72, and 216 h. The results from leached samples were compared with those from the unleached controls. Boron leaching of the modified OSB occurred upon the initial water exposure, and the leaching rate decreased as the leaching time increased. Initial boric acid equivalent (BAE) level, wood species, and sample thickness swelling significantly influenced the leachability. There was no consistent effect of polyethylene glycol (PEG) on zinc borate leaching. The glue-line washing within OSB due to thickness swelling of the test samples under water and decomposition of the borate to form water-soluble boric acid were thought to be two possible causes for the observed leaching. The relationship between assayed BAE and leaching time followed a decaying exponential function for zinc borate treated OSB. From the boron/zinc ratio after each leaching period, boron element in ZB was more or less leachable. The material constant of the regression models allowed comparing the leachability of the modified OSB for various wood species. An unified leaching method for treated wood composite materials is needed.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.196-199
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2009
The most important thing is to analyze the Fast Cook Off problem of the solid motor case exposed to direct flame is a heat transfer analysis. Heat causes degradation and ignition of the propellant. To archive an acceptable reaction level in Fast Cook Off, the rocket motor case generally must fail structurally prior to propellant ignition. We investigate the responses of the solid motor case exposed to Fast Cook Off by using finite element method for the thermal analysis.
Arasaratnam, P.;Sivakumaran, K.S.;Rasmussen, Kim J.R.
Steel and Composite Structures
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v.6
no.6
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pp.531-555
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2006
H-shaped welded steel column members are fabricated by welding together pre-cut flanges and the web. Modern fabricators are increasingly using plasma-cutting technique instead of traditional flame cutting. Different fabrication techniques result in different degrees of geometric imperfections and residual stresses, which can have considerable influence on the strength of steel columns. This paper presents the experimental investigation based temperature profiles, geometric imperfections, and built-in residual stresses in plasma cut-welded H-shaped steel column members and in similar flame cut-welded H-shaped steel columns. Temperature measurements were taken during and immediately after the cutting operations and the welding operations. The geometric imperfections were established at closely spaced grid locations on the original plates, after cutting plates into plate strips, and after welding plate strips into columns. Geometric imperfections associated with plasma cut element and members were found to be less than those of the corresponding elements and members made by flame cutting. The "Method of Section" technique was used to establish the residual stresses in the plate, plate strip, and in the welded columns. Higher residual stress values were observed in flame cut-welded columns. Models for idealized residual stress distributions for plasma cut and flame cut welded sections have been proposed.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.26
no.5
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pp.483-491
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2015
This paper describes the design optimization of parasitic elements used for TACAN broadband antenna. We deployed parasitic elements arranged in a circular array to electronically rotate the antenna instead of employing a mechanically rotated antenna to generate the composite radiation pattern of 15 Hz and 135 Hz including bearing information and to meet the harmonic contents specification of MIL-STD-291C. We performed the simulation for optimization of the parasitic elements and fabricated the antenna composed of 16 parasitic elements of 15 Hz and 63 parasitic elements of 135 Hz. With harmonics magnitude reduction by increasing the number of steps using vector composition of the reflectors, the measured result meets the specification of MIL-STD-291C.
Kim, Hyung-Jun;Kim, Heung-Youl;Park, Kyung-Hoon;Lee, Jea-Sung;Cho, Kyung-Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.7-8
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2010
The temperature development of a structural element is dependent on section factor, which is estimated as a ratio of the fire-exposed perimeter to the cross-section area. Hence, with the higher section factor, the faster temperature development of the section os observed. Composite beam member, partially embedded asymmetry H beam, has a good fire resistance to the cross-section. The study was intended to conduct with change with section factor. The experimental result of section type which the Slim Beam Floor is bottom flange reinforced method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.2
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pp.91-97
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2013
Pyrolysis and surface recession of charring composites are progressed primarily in the thickness direction. The unmixing-mixing scheme is applied to describe the in-plane and through-thickness behaviors of porous composites. The extended unmixing-mixing equations are based on transverse isotropy of unidirectionally fiber-reinforced composites. The strain components of gas pressure in pores, thermal expansion, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. By analyzing micromechanical representative volume elements of porous composites, the validity of the derived equations are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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