An analytical method for the free vibration of a flexible rectangular plate in contact with water is developed by the Rayleigh-Ritz method. The plate clamped along the edges is partially contacted with water at both sides. It is assumed that the contained water is incompressible and inviscid. The wet mode shape of the plate is assumed as a combination of the dry mode shapes of a clamped beam. The liquid motion is described by using the liquid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the liquid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives an eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict excellently the fluid-coupled natural frequencies comparing with the finite element analysis result.
The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.
In this study, an electric resistance-heated surface friction spot-welding process was proposed and tested for the spot-welding ability of copper and aluminum dissimilar metal sheets using electric resistance heating and surface friction heating. This process has welding variables, such as the current value, energizing cycles, rotational speed, and friction time. The current value and energizing cycle can affect the resistance heat, and the rotational speed of the rotating pin and friction time influence frictional heat generation. Resistance heating before friction heating has a preheating effect on the Cu-Al contact interface and a positive effect on preventing friction heat loss during the friction stage. However, because resistance preheating can soften the copper sheet and affect the contact stress and friction coefficient, it has difficulties that may adversely affect frictional heat generation. Therefore, the optimal combination of welding variables should be determined through simulations and experiments of the spot-welding process to determine the effects of electric resistance preheating on the suggested process. Through this procedure, it is known that the proposed spot-welding process can improve the welding quality during the spot welding of Cu-Al sheets.
The object of this study is to achieve a gteater understanding of meterial removal process and its mechanism. In this study, some applications of finite element techniques are applied to analyze the chip formation and cutting heat generation mechanism of metal cutting. To know the effect of cutting parameters, simulations employed some independent cutting variables change, such as constitutive deformation laws of workpiece and tool material, frictional coefficients and tool-chip contact interfaces, cutting speed, tool rake angles, depth of cut and this simulations also include large elastic-plastic defor- mation, adiabetic thermal analysis. Under a usual plane strain assumption, quasi-static, thermal-mechanical coupling analysis generate detailed informations about chip formation process and cutting heat generation mechanism Some cutting parameters are affected to cutting force, plastic deformation of chip, shear plane angle, chip thickness and tool-chip contact length and reaction force on tool, cutting temperature and thermal behavior. Several aspects of the metal cutting process predicted by the finite element analysis provide information about tool shape design and optimal cutting conditions.
In this study, we investigate the tribological behavior of AISI 304 stainless steel pairs under deionized water and hexagonal boron nitride (h-BN) water dispersion lubrication. The specimen friction and wear properties are evaluated using a reciprocating ball-on-flat tribometer. The coefficient of friction remains nearly constant throughout the test under both lubricant conditions. The wear depth of the specimens under h-BN lubrication is smaller than that under deionized water lubrication, indicating the inhibition behavior of h-BN nanolubricants on direct metal-metal contacts. Optical micrographs and stylus profilometer measurements are performed to evaluate the severity of damage caused by the sliding motion and to determine the wear morphology of the specimens, respectively. The results show that h-BN nanolubricants does not have a significant effect on the friction behavior but demonstrates reduced wear owing to their trapping effect between the sliding interfaces. Moreover, scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy images of the specimens were acquired to confirm the trapping effect of h-BN between the sliding interfaces. The results also suggest that the trapped lubricants can distribute the contact pressure, reducing the wear damage caused by the metal-metal contact at the interface. In conclusion, h-BN nanolubricants have potential as an anti-wear additive for lubrication applications. Further investigation is needed to provide direct evidence of the trapping effect of h-BN nanoparticles between the sliding interfaces. These findings could lead to the development of more efficient and effective lubricants for various industrial applications.
Wu, Xiangguo;Nie, Chenhang;Qiu, Faqiang;Zhang, Xuesen;Hong, Li;Lee, Jong-Sub;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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제29권2호
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pp.69-79
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2022
For long underground box utility tunnels, post-tensioned precast concrete is often used. Between precast tunnel segments, sealed waterproof flexible joints are often specified. Fault displacement can lead to excessive deformation of the joints, which can lead to reduction in waterproofing due to diminished contact pressure between the sealant strip and the tunnel segment. This paper authenticates utilization of a finite element model for a prefabricated tunnel fault-crossing founded on ABAQUS software. In addition, material parameter selection, contact setting and boundary condition are reviewed. Analyzed under normal fault action are: the influence of fault displacement; buried depth; soil friction coefficient, and angle of crossing at the fault plane. In addition, distribution characteristics of the utility tunnel structure for vertical and longitudinal/horizontal relative displacement at segmented interface for the top and bottom slab are analyzed. It is found that the effect of increase in fault displacement on the splice joint deformation is significant, whereas the effects of changes in burial depth, pipe-soil friction coefficient and fault-crossing angle on the overall tunnel and joint deformations were not so significant.
Thomaz E.T. Buttignol;Eduardo C. Granato;Tulio N. Bittencourt;Luis A.G. Bitencourt Jr.
Structural Engineering and Mechanics
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제85권4호
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pp.511-529
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2023
This paper aims to better understand the bonding behavior in Reinforced Concrete beams strengthened with an Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (RCUHPFRC) layer on the compression side using experimental tests and numerical analyses. The UHPFRC mix design was obtained through an optimization procedure, and the characterization of the materials included compression and slant shear tests. Flexural tests were carried out in RC beams and RC-UHPFRC beams. The tests demonstrated a debonding of the UHPFRC layer. In addition, 3D finite element analyses were carried out in the Abaqus CAE program, in which the interface is modeled considering a zero-thickness cohesive-contact approach. The cohesive parameters are investigated, aiming to calibrate the numerical models, and a sensitivity analysis is performed to check the reliability of the assumed cohesive parameters and the mesh size. Finally, the experimental and numerical values are compared, showing a good approximation for both the RC beams and the RC strengthened beams.
This study investigates the effect of the surface microstructure on the tribological characteristics of glass substrates. Chemical etching using hydrofluoric acid and ammonium hydrogen fluoride was employed to create controlled asperity structures on glass surfaces. By varying the etching time from 10 to 50 min, different surface morphologies were obtained and characterized using optical microscopy, surface roughness measurements, and water contact angle analysis. Friction tests were performed using a stainless steel ball as the counter surface to evaluate the tribological behavior of the etched specimens. The results showed that the specimen etched for 20 min exhibited the lowest and most stable friction coefficient, which was attributed to the formation of a uniform and dense asperity structure that effectively reduced the stress concentration and wear at the contact interface. In contrast, specimens etched for shorter (10 min) or longer (30-50 min) durations displayed higher friction coefficients and accelerated wear owing to nonuniform asperity structures that led to local stress concentration. Optical microscopy of the wear tracks further confirmed the superior wear resistance of the 20-minute etched specimen. These findings highlight the importance of optimizing the etching process parameters to achieve the desired surface morphology for enhanced tribological performance, suggesting the potential of chemical etching as a surface modification technique for various materials in tribological applications.
본 연구의 목적은 3종의 자가부식 프라이머(Clearfil SE Bond, AdheSE, Tyrian) 사용시 상아질계면의 접촉각 및 미세인장결합강도를 측정하는 것이다. 연마된 상아질 표면에 3종의 자가부식 프라이머를 각각 적용한 후 접촉각을 측정하였으며 (n=30), One-way ANOVA를 사용하여 통계처리하였다. 미세인장결합강도측정을 위해서는 상아질 표면에 3종의 자가부식 프라이머 및 상아질 접착제를 각각 적용한 후 광중합 복합레진 (Z 250)을 5mm 두께로 쌓아 올렸다. 그 후 각 시편을 결합계면에 수직으로 분할한 뒤 (n=45) universal testing machine을 사용하여 미세인장강도를 측정하였고, Kruskal-Wallis test를 통하여 통계처리하였다. 접촉각 측정결과, AdheSE, Clearfil SE Bond, Tyrian 순으로 높은 접촉각을 보였으며 각 군간 통계적 유의성 있는 차이를 보였다 (p<0.05). 미세인장결합강도 측정결과 Clearfil SE Bond군과 AdheSE군은 유의성 있는 차이를 보이지 않았으며, Tyrian군은 Clearfil SE Bond 군이나 AdheSE 군에 비해 유의성 있게 작은 미세인장결합강도를 보였다.
단일 탄소섬유/페놀수지 및 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 계면적 특성을 젖음성과 함께 전기저항 측정 및 미세역학시험법을 사용하여 평가하였다. 순수 페놀수지 및 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 Broutman시편을 사용한 압축강도는 인장강도와 비교하였다. 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료의 접촉저항은 2점 및 4점법에 의한 경사형 시편을 사용하여 측정하였다. 동적접촉각에 의한 표면에너지와 젖음성은 Wilhelmy 플레이트 법으로 측정하였다. 표면에서 탄소나노튜브가 불균일한 미세구조로 형성되므로, 동적접촉각은 90도 이상의 소수성을 나타내었다. 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료는 보다 나은 응력전달 효과에 기인하여 순수 페놀수지보다 더 큰 겉보기 강성도를 보여주었다. 단일 탄소섬유와 탄소나노튜브-페놀수지 복합재료간의 접착일, $W_a$은 탄소나노튜브 첨가로 인한 점도 증가 때문에, 순수 페놀수지 보다 더 크게 나타났다. 이는 마이크로 풀 아웃 시험에서 단일 탄소섬유의 미세파손 형태와 일치함을 보여 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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