In this paper, an analytical solution of large-strain cylindrical cavity expansion in compaction grouting problem under temperature field is given. Considering the stress increment caused by temperature, the analytical solution of cavity expansion under traditional isothermal conditions is improved by substituting the temperature stress increment into the cavity expansion analysis. Subsequently, combined with the first law of thermodynamics, the energy theory is also introduced into the cylindrical cavity expansion analysis, and the energy dissipation solution of cylindrical cavity expansion is derived. Finally, the validity and reliability of solution are proved by comparing the results of expansion pressure with those in published literatures. The results show that the dimensionless expansion pressure increases with the increase of temperature, and the thermal response increases with the increase of dilation angle. The higher the exothermic temperature of grouting slurry, the greater the plastic deformation energy of the surrounding soil, that is, the greater the influence on the surrounding soil deformation and the surrounding environment. The proposed solution not only enrich the theoretical system of cavity expansion, but also can be used as a theoretical tool for energy geotechnical engineering problems, such as CPT, nuclear waste disposal, energy pile and chemical grouting, etc.
This study investigates the buckling behavior of CNTRC beams on a Winkler-Pasternak elastic foundation, considering their stiffness. To achieve the highest accuracy, the shear stiffness is taken into account based on the Higher-order Shear Deformation Theory (HSDT). A novel exponential power-law distribution of the CNT volume fraction across the beam thickness is employed to model CNTRC beams. Various reinforcement patterns are incorporated into the polymer matrix, featuring single-walled carbon nanotubes (SWCNT) that are both aligned and distributed. The effective mechanical properties of the CNTRC beam are predicted using the rule of mixtures. Hamilton's principle is applied to derive the differential equations of motion. This theoretical framework enables the validation of the approach by comparing numerical simulation results with previous studies. The impact of the exponent order (n), CNT volume fraction, geometrical ratio, and Winkler-Pasternak parameters on buckling analysis is thoroughly presented and discussed. The results indicate that, among the different types of analyzed CNTRC beams, the X-Beam pattern demonstrates the highest buckling load capacity.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.92-99
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2020
High-temperature mechanical behaviors of Type 316L stainless steel (SS), which is considered as one of the major structural materials of Generation-IV nuclear reactors, were investigated through the tension and creep tests at elevated temperatures. The tension tests were performed under the strain rate of 6.67×10-4 (1/s) from room temperature to 650℃, and the creep tests were conducted under different applied stresses at 550℃, 600℃, 650℃, and 700℃. The tensile behavior was investigated, and the modeling equations for tensile strengths and elongation were proposed as a function of temperature. The creep behavior was analyzed in terms of various creep equations: Norton's power law, modified Monkman-Grant relation, damage tolerance factor(λ), and Z-parameter, and the creep constants were proposed. In addition, the tested tensile and creep strengths were compared with those of RCC-MRx. Results showed that creep exponent value decreased from n=13.55 to n=7.58 with increasing temperature, λ = 6.3, and Z-parameter obeyed well a power-law form of Z=5.79E52(σ/E)9.12. RCC-MRx showed lower creep strength and marginally different in creep strain rate, compared to the tested results. Same creep deformation was operative for dislocation movement regardless of the temperatures.
The objective of this paper is to present abacuses obtained from a parametric study of deep-lined tunnels using a numerical finite element model. This numerical model was implemented in software GEOMEC91, which is a two-dimensional axisymmetric model that considers the progress of excavation and the placing of the lining through the activation and deactivation of elements. It is adopted a step of excavation constant (1/3 of radius), constant velocity and circular cross section along the tunnel axis. It is used for rock mass a viscoplastic constitutive law with von-Mises criterion of viscoplasticity without hardening whose deformation rate over time is given by the Bingham model. The lining uses a linear elastic constitutive law. In total are 1716 analysis presented in 60 abacuses that show the value of ultimate convergence ($U_{eq}$) due to tunneling speed. In addition, it is shown an example of the use of the abacuses to determine the ultimate convergence ($U_{eq}$) of the tunnel and pressure ($P_{eq}$) on the lining.
Khayat, Majid;Dehghan, Seyed Mehdi;Najafgholipour, Mohammad Amir;Baghlani, Abdolhossein
Steel and Composite Structures
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v.28
no.6
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pp.735-748
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2018
In this study, the semi-analytical finite strip method is adopted to examine the free vibration of cylindrical shells made up of functionally graded material. The properties of functionally graded shells are assumed to be temperature-dependent and vary continuously in the thickness direction according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of ceramic and metal. The material properties of the shells and stiffeners are assumed to be continuously graded in the thickness direction. Theoretical formulations based on the smeared stiffeners technique and the classical shell theory with first-order shear deformation theory which accounts for through thickness shear flexibility are employed. The finite strip method is applied to five different shell theories, namely, Donnell, Reissner, Sanders, Novozhilov, and Teng. The approximate procedure is compared favorably with three-dimensional finite elements. Finally, a detailed numerical study is carried out to bring out the effects of power-law index of the functional graded material, stiffeners, and geometry of the shells on the difference between various shell theories. Finally, the importance of choosing the shell theory in simulating the functionally graded cylindrical shells is addressed.
The current article proposed to develop a geometrical model for the analysis and modelling of the uniaxial functionally graded structure using the higher-order displacement kinematics with and without the presence of porosity including the distribution. Additionally, the formulation is capable of modelling three different kinds of grading patterns i.e., Power-law, sigmoid and exponential distribution of the individual constituents through the thickness direction. Also, the model includes the distribution of porosity (even and uneven kind) through the panel thickness. The structural governing equation of the porous graded structure is obtained (Hamilton's principle) and solved mathematically by means of the isoparametric finite element technique. Initially, the linear frequency parameters are obtained for different geometrical configuration via own computer code. The comparison and the corresponding convergence studies are performed for the unidirectional FG structure for the validation purpose. Finally, the impact of different influencing parameters like aspect ratio (O), thickness ratio (S), curvature ratio (R/h), porosity index (λ), type of porosity (even or uneven), power-law exponent (n), boundary condition on the free vibration characteristics are obtained for the FG panel and discussed in details.
Caprili, Silvia;Mattei, Francesca;Gigliotti, Rosario;Salvatore, Walter
Earthquakes and Structures
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v.14
no.3
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pp.187-201
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2018
The paper describes a modified cyclic bar model including bond-slip phenomena between steel reinforcing bars and surrounding concrete. The model is focused on plain bar and is useful, for its simplicity, for the seismic analyses of RC structures with plain bars and insufficient constructive details, such as in the case of '60s -'70s Mediterranean buildings. The model is based on an imposed exponential displacements field along the bar including both steel deformation and slip; through the adoption of equilibrium and compatibility equations a stress-slip law can be deducted and simply applied, with opportune operations, to RC numerical models. This study aims to update and complete the original monotonic model published by the authors, solving some numerical inconsistencies and, mostly, introducing the cyclic formulation. The first aim is achieved replacing the imposed linear displacement field along the bar with an exponential too, while the cyclic behaviour is described through a formulation based on the results of parametric analyses concerning a large range of steel and concrete properties and geometric configurations. Validations of the proposed model with experimental results available in the current literature confirm its accuracy and the reduced computational burden, highlighting its suitability in performing nonlinear analyses of RC structures.
Mohammadimehr, Mehdi;Rostami, Rasoul;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.20
no.3
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pp.513-543
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2016
Third order shear deformation theory is used to evaluate electro-elastic solution of a sandwich plate with considering functionally graded (FG) core and composite face sheets made of piezoelectric layers. The plate is resting on the Pasternak foundation and subjected to normal pressure. Short circuited condition is applied on the top and bottom of piezoelectric layers. The governing differential equations of the system can be derived using Hamilton's principle and Maxwell's equation. The Navier's type solution for a sandwich rectangular thick plate with all edges simply supported is used. The numerical results are presented in terms of varying the parameters of the problem such as two elastic foundation parameters, thickness ratio ($h_p/2h$), and power law index on the dimensionless deflection, critical buckling load, electric potential function, and the natural frequency of sandwich rectangular thick plate. The results show that the dimensionless natural frequency and critical buckling load diminish with an increase in the power law index, and vice versa for dimensionless deflection and electrical potential function, because of the sandwich thick plate with considering FG core becomes more flexible; while these results are reverse for thickness ratio.
Ebrahimi, Farzad;Mahmoodi, Fateme;Barati, Mohammad Reza
Advances in materials Research
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v.6
no.3
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pp.279-301
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2017
Thermo-mechanical vibration characteristics of in homogeneousporous functionally graded (FG) micro/nanobeam subjected to various types of thermal loadings are investigated in the present paper based on modified couple stress theory with consideration of the exact position of neutral axis. The FG micro/nanobeam is modeled via a refined hyperbolic beam theory in which shear deformation effect is verified needless of shear correction factor. A modified power-law distribution which contains porosity volume fraction is used to describe the graded material properties of FG micro/nanobeam. Temperature field has uniform, linear and nonlinear distributions across the thickness. The governing equations and the related boundary conditions are derived by Extended Hamilton's principle and they are solved applying an analytical solution which satisfies various boundary conditions. A comparison study is performed to verify the present formulation with the known data in the literature and a good agreement is observed. The parametric study covered in this paper includes several parameters such as thermal loadings, porosity volume fraction, power-law exponents, slenderness ratio, scale parameter and various boundary conditions on natural frequencies of porous FG micro/nanobeams in detail.
Earthquakes most often induce damage to structures, resulting in the degradation or deterioration of integrity. In this paper, based on the experimental study on 5 RC frames with different span length and different layout of buckling-restrained braces, the seismic damage evaluation law of RC frame with buckling-restrained braces was analyzed, and then the seismic damage for different specimens was calculated using different damage models to study the damage evolution. By analyzing and comparing the observation in test and the calculated results, it could be found that, damage evolution models including Gosain model, Hwang model as well as Ou model could better simulate the development of damage during cyclic loading. Therefore, these 3 models were utilized to analyze the development of damage to better demonstrate the evolution law for structures with different layout of braces and under different axial compression ratios. The results showed that from all layouts of braces studied, the eccentrically braced frame behaved better under larger deformation with the damage growing slowly. It could be deduced that the link beam benefited the seismic performance of structure and alleviated the damage by absorbing high values of energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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