In the present paper, the overall state of the arts of ice mechanics which is the most typical research topic of the artic engineering field was studied. And also, ice loads genrated by ice-structure interaction were estimated using numerical approach. The effects of viscous property of ice sheets to the ice load were investigated. The time dependent deformation behaviors of ice was modeled by visco-plastic problem using the finite element formalism. Constitutive model representing the material properties of ice was idealized by comblned rheological model with Maxwell and Voigt models. Numerical calculations for the bending and crushing behavior of ice sheet which are the most typical interaction modes between ice sheets and structures were carried out. The time dependent viscous behaviors of ice sheets interaction forces acting on structures were analyzed and the results were studied in detail.
Modified couple stress formulation and first order shear deformation theory are used for magneto-electro-elastic bending analysis of three-layered curved size-dependent beam subjected to mechanical, magnetic and electrical loads. The governing equations are derived using a displacement field including radial and transverse displacements of middle surface and a rotation component. Size dependency is accounted based on modified couple stress theory by employing a small scale parameter. The numerical results are presented to study the influence of small scale parameter, initial electric and magnetic potentials and opening angle on the magneto-electro-elastic bending results of curved micro beam.
Attia, Amina;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.4
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pp.453-464
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2018
In this paper, an efficient higher-order shear deformation theory is presented to analyze thermomechanical bending of temperature-dependent functionally graded (FG) plates resting on an elastic foundation. Further simplifying supposition are made to the conventional HSDT so that the number of unknowns is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theory account for hyperbolic distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Nonlinear thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions for the thermomechanical bending analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent FG plates and validated with those of other shear deformation theories. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature field on the thermomechanical bending characteristics. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the thermomechanical bending responses of temperature-dependent FG plates.
This paper presents the reusults of wide width tensile tests under sustained and cyclic loads with vairous loading rate on geogrids. A seires of modified wide width tensile tests were conducted to investigate the effect of tensile strain rate on the deformation behavior of the geogrids. In addition, residual deformation characteristics of a geogrid under sustained or cyclic tests were also investigated. The results indicated that the residual deformation of a geogrid is strongly related to the viscous behavior of the geogrid, and the residual deformation can be well described by a hyperbolic curve. Also revealed was that residual deformation of a geogrid when subject to sustained or cyclic load should be described with the framework of viscous behavior.
In this paper, the thermo-mechanical vibration characteristics of functionally graded (FG) nanobeams subjected to three types of thermal loading including uniform, linear and non-linear temperature change are investigated in the framework of third-order shear deformation beam theory which captures both the microstructural and shear deformation effects without the need for any shear correction factors. Material properties of FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary gradually along the thickness according to the power-law form. Hence, applying a third-order shear deformation beam theory (TSDBT) with more rigorous kinetics of displacements to anticipate the behaviors of FG nanobeams is more appropriate than using other theories. The small scale effect is taken into consideration based on nonlocal elasticity theory of Eringen. The nonlocal equations of motion are derived through Hamilton's principle and they are solved applying analytical solution. The obtained results are compared with those predicted by the nonlocal Euler-Bernoulli beam theory and nonlocal Timoshenko beam theory and it is revealed that the proposed modeling can accurately predict the vibration responses of FG nanobeams. The obtained results are presented for the thermo-mechanical vibration analysis of the FG nanobeams such as the effects of material graduation, nonlocal parameter, mode number, slenderness ratio and thermal loading in detail. The present study is associated to aerospace, mechanical and nuclear engineering structures which are under thermal loads.
Reinforced polyurethane foam (RPUF) is one of the important materials of Mark III type insulation systems used in liquefied natural gas (LNG) cargo containment systems. However, RPUF is the most difficult material to use with regard to its safety assessment, because there is little public and reliable data on its mechanical properties, and even some public data show relatively large differences. In this study, to investigate the structural response of the system under compressive loads such as sloshing action, time-dependent characteristics of RPUF were examined. A series of compressive load tests of the insulation system including RPUF under various temperature conditions was carried out using specimens with rectangular section. As a result, the relationship between deformation of RPUF and time is linear and dependent on the loading rate, so the concept of strain rate could be applied to the analysis of the insulation system. Also, we found that the spring constant tends to converge to a value as the loading rate increases and that the convergence level is dependent on temperature.
This article addresses the quasi-static analysis of time-dependent honeycomb sandwich plates with various geometrical properties based on the bending analysis of elastic honeycomb sandwich plates employing a time function with three unknown coefficients. The novel point of the developed method is that the responses of viscoelastic honeycomb sandwich plates under static transversal loads are clearly formulated in the space and time domains with very low computational costs. The mechanical properties of the sandwich plates are supposed to be elastic for the faces and viscoelastic honeycomb cells for the core. The Boltzmann superposition integral with the constant bulk modulus is used for modeling the viscoelastic material. The shear effect is expressed using the first-order shear deformation theory. The displacement field is predicted by the product of a determinate geometrical function and an indeterminate time function. The simple HP cloud mesh-free method is utilized for discretizing the equations in the space domain. Two coefficients of the time function are extracted by answering the equilibrium equation at two asymptotic times. And the last coefficient is easily determined by solving the first-order linear equation. Numerical results are presented to consider the effects of geometrical properties on the displacement history of viscoelastic honeycomb sandwich plates.
Almitani, Khalid H.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.35
no.4
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pp.555-566
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2020
This paper aims to present an analytical methodology to investigate influences of nanoscale and surface energy on buckling stability behavior of perforated nanobeam structural element, for the first time. The surface energy effect is exploited to consider the free energy on the surface of nanobeam by using Gurtin-Murdoch surface elasticity theory. Thin and thick beams are considered by using both classical beam of Euler and first order shear deformation of Timoshenko theories, respectively. Equivalent geometrical constant of regularly squared perforated beam are presented in simplified form. Problem formulation of nanostructure beam including surface energies is derived in detail. Explicit analytical solution for nanoscale beams are developed for both beam theories to evaluate the surface stress effects and size-dependent nanoscale on the critical buckling loads. The closed form solution is confirmed and proven by comparing the obtained results with previous works. Parametric studies are achieved to demonstrate impacts of beam filling ratio, the number of hole rows, surface material characteristics, beam slenderness ratio, boundary conditions as well as loading conditions on the non-classical buckling of perforated nanobeams in incidence of surface effects. It is found that, the surface residual stress has more significant effect on the critical buckling loads with the corresponding effect of the surface elasticity. The proposed model can be used as benchmarks in designing, analysis and manufacturing of perforated nanobeams.
This paper is concerned with the surface hardness measurement of NiP-coated AA7050 using different loads from 10 to 100 g. The surface hardness was observed to increase from 180 to 600 Hv with increasing NiP layer thickness, depending on the load applied for indentation. When NiP coating thickness is thinner than 2 ㎛, the surface hardness of NiP-coated AA7050 was mainly determined by AA7050 substrate, while it was significantly increased by NiP coating layer when NiP coating thickness is thicker than 2 ㎛. Hardness of AA7050 substrate itself was not dependent on the applied load but the hardness of NiP-coated AA7050 was largely influenced by the load applied for indentation. The largest difference of hardness between 10 g and 100g of applied loads, was obtained at the NiP thickness of about 8 ㎛ above which the measured hardness at 10 g reached a maximum value of about 600 Hv. It was also observed that indentation-induced plastic deformation next to the indented zone occurs when NiP layer is 5.64 times thicker than the depth of impression formed by indentation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.237-244
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2024
Pavement management systems (PMS) provide procedures to quantify road serviceability based on pavement conditions such as cracks and plastic deformation and suggest proper maintenance methods. The deterioration of the road pavement is relevant to the time although the quantifications on road serviceability in PMS present road surface conditions at the evaluation. More systematic evaluation on road serviceability may need time-dependent factors of road environments and that can improve PMS. Rainfall, temperature and vehicle loads can be environmental factors for road serviceability evaluation. As no data are avablie that can link between road conditions and environmental road factors, we conducted experiments to suggest economical devices and methods to obtain relevant data. We used temperature sensors and accelerometers with Arduino to measure road surface temperature and dynamic loads and provide data to improve pavement serviceability evaluation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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