Fu, Jinwei;Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Marji, Mohammad Fatehi;Li, Tong
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.6
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pp.713-724
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2022
Effects of coal tensile strength and plow configuration on the coal fragmentation process was modeled by two-dimensional particles flow code (PFC2D). Three tensile strength values, 0.5, 1,5 and 3.5 MPa were considered in this numerical study. The cutters of plow penetrated in the coal for 4 mm at a rate of 0.016 m/s. According to the PFC manual, the local damping factor was 0.7. Three failure mechanism of coal during the fragmentation process by plow were modelled. The coal material beneath the cutters showed the elastic, plastic and fracturing behaviors in this analysis. In all the models, the plastic zone was fractured and some micro-cracks were induced but the elastic zone remained undamaged. It was observed that the tensile strength affected the failure mechanism of coal significantly and as it increased the extent of the fractured zone underneath the plow cutter decreased during the fragmentation process.
The aim of this work is to analyze and predict the wave propagation behavior of the carbon nanotube reinforced composites (CNTRC) beams within the framework of various higher order shear deformation beam theory. Using the Euler-Lagrange principle, the wave equations for CNTRC beams are derived, where the determining factor is to make the determinant equal to zero. Based on the eigenvalue method, the relationship between wave number and circular frequency is obtained. Furthermore, the phase and group velocities during wave propagation are obtained as a function of wave number, and the material properties of CNTRC beams are estimated by the mixture rule. In this paper, various higher order shear beam theory including Euler beam theory, Timoshenko beam theory and other beam theories are mainly adopted to analyze the wave propagation problem of the CNTRC beams, and by this way, we conduct a comparative analysis to verify the correctness of this paper. The mathematical model provided in this paper is verified numerically by comparing it with some existing results. We further investigate the effects of different enhancement modes of CNTs, volume fraction of CNTs, spring factor and other aspects on the wave propagation behaviors of the CNTRC beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.81-92
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2010
In design of steel frames, it is generally believed that elastic system buckling analysis cannot predict real behaviors of structures, while inelastic system buckling analysis can give informative buckling behaviors of individual members considering inelastic material behavior. However, the use of Euler buckling equation with these system buckling analyses have the inherent problem that the methods evaluate unexpectedly large effective lengths of members having relatively small axial forces. This paper proposes a new method of obtaining elastic and inelastic effective lengths of all members in steel frames. Considering a fictitious axial force factor for each story of frames, the proposed method determines the effective lengths using the inelastic stiffness reduction factor and the iterative eigenvalue analysis. In order to verify the validity of the proposed method, the effective lengths of example frames by the proposed method were compared to those of previously established methods. As a result, the proposed method gives reasonable effective lengths of all members in steel frames. The effect of inelastic material behavior on the effective lengths of members was also discussed.
Platelet adhesion onto elastic polymeric biomaterials was tested in vitro by perfusing human whole blood at a shear rate of 100 sec$\^$-1/ for possible verification of mechanisms of initial platelet adhesion perfusion of blood on the polymeric substrates was performed after treatments either with or without pre-adsorption of 1% blood plasma, and either with or without residence of the protein-preadsorbed substrate in phosphate buffered solution. The surfaces employed were elastic polymers such as poly(ether urethane urea), poly(ether urethane), silicone urethane copolymer, silicone rubber and poly(ether urethane) with the anti-calcifying agent hydroxyethane bisphosphate. Each polymer surface treated was exposed in vitro to the dynamic, heparinized whole blood perfused for upto 6 min and the surface area of platelets initially adhered was measured by employing in situ epifluorescence video microscopy. The blood perfusion was performed on the surfaces treated at the following three different conditions: directly on the bare surfaces, after protein pre-adsorption and after residence in buffer for 3 days of the surfaces protein pre-adsorbed for 2 h. The effects of blood plasma pre-adsorption on the initial platelet adhesion was surface-dependent. The amount of the adsorbed fibrinogen and the surface coverage area of the adhered platelets were dependent on the surface conditions whether substrates were bare surfaces or protein pre-adsorbed ones. To test an effect of possible morphological (re)orientations of the adsorbed proteins on the initial platelet adhesion, the polymeric substrate pre-adsorbed with 1% blood plasma was immersed in phosphate buffered solution for 3 days and then exposed to physiological blood perfusion. The surface area of the platelets adhered on these surfaces was significantly different from that of the surfaces treated with protein pre-adsorption only. These results indicated that platelet adhesion was dependent on the surface property itself and pre-treatment conditions such as blood perfusion without any pre-adsorption of proteins, and blood perfusion either after protein pre-adsorption or after subsequent substrate residence in buffer of the substrate pre-adsorbed with proteins. Understanding of these results may guide for better designs of blood-contacting materials based on protein behaviors.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.133-140
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2003
The sandwich plate has been widely used as an efficient structural member because it has high strength-to-weight and high stiffness-to-weight ratios. To properly design the aluminum extrusion plate , it is necessary to analyze structural behaviors of the extrusions, however, the aluminum extrusions have been rarely studied until now. In the optimization process through numerous iterative calculations, finite element analysis of the sandwich plate with hollow core section requires a considerable amount of computation time and cost. In this paper, the aluminum extrusion plate with truss-core is transformed into an equivalent homogeneous orthotropic plate with appropriate elastic constants. The procedure to evaluate accurate equivalent elastic constants is also established. Using these elastic constants, simple theoretical formulas of the stresses and deflection are proposed in case of the simply-supported orthotropic thick plate under uniform pressure. Through the comparison with the results by commercial FEM code(ANSYS), it is verified that the proposed simpified formula has a good efficiency and accuracy.
In this article, static, buckling and free vibration analyses of a sinusoidal micro composite beam reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with considering temperature-dependent material properties embedded in an elastic medium in the presence of magnetic field under transverse uniform load are presented. This system is used at micro or sub micro scales to enhance the stiffness of micro composite structures such as bar, beam, plate and shell. In the present work, the size dependent effects based on surface stress effect and modified strain gradient theory (MSGT) are considered. The generalized rule of mixture is employed to predict temperature-dependent mechanical and thermal properties of micro composite beam. Then, the governing equations of motions are derived using Hamilton's principle and energy method. Numerical results are presented to investigate the influences of material length scale parameters, elastic foundation, composite fiber angle, magnetic intensity, temperature changes and carbon nanotubes volume fraction on the bending, buckling and free vibration behaviors of micro composite beam. There is a good agreement between the obtained results by this research and the literature results. The obtained results of this study demonstrate that the magnetic intensity, temperature changes, and two parameters elastic foundations have important effects on micro composite stiffness, while the magnetic field has greater effects on the bending, buckling and free vibration responses of micro composite beams. Moreover, it is shown that the effects of surface layers are important, and observed that the changes of carbon nanotubes volume fraction, beam length-to-thickness ratio and material length scale parameter have noticeable effects on the maximum deflection, critical buckling load and natural frequencies of micro composite beams.
Min, Byoung Cheol;Min, Dong Ju;Jung, Myung Rag;Kim, Moon Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1A
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pp.9-18
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2011
Generally the connection of structural members is assumed as hinge, rigid and semi-rigid connections. The exact tangent stiffness matrix of a semi-rigid frame element is newly derived using the stability functions considering shear deformations. Also, linearized elastic- and geometric-stiffness matrices of shear deformable semi-rigid frame are newly proposed. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced by equilibrium equation for beam-column under the bending and the axial forces. Also, stability functions considering sway deformation and force-displacement relations with elastic rotational spring on ends are defined. In order to illustrate the accuracy of this study, various numerical examples are presented and compared with other researcher's results. Lastly, shear deformation and semi-rigid effects on buckling behaviors of structure are parametrically investigated.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.2
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pp.138-146
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2013
The present paper provides the elastic stress intensity factors(SIFs) of thick-walled cylinder with non-idealized circumferential through-wall cracks. For estimating these elastic SIFs, the systematic three-dimensional(3D) elastic finite element(FE) analyses were performed. In order to consider practical shape of thick-walled cylinder and non-idealized circumferential through-wall crack, the values of thickness of cylinder, reference crack length and crack length ratio were systematically varied. As for loading conditions, axial tension, global bending and internal pressure were considered. In particular, in order to calculate the SIFs of thick-walled cylinder with non-idealized circumferential through-wall crack from those of thick-walled cylinder with idealized circumferential through-wall crack, the correction factor representing the effect of non-idealized crack on the SIFs were proposed in this paper. The present results can be applied to accurately evaluate the rupture probabilities of nuclear piping considering actual crack growth behaviors.
Meksi, Abdeljalil;Benyoucef, Samir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.6
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pp.1215-1240
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2015
In this work, a novel simple first-order shear deformation plate theory based on neutral surface position is developed for bending and free vibration analysis of functionally graded plates and supported by either Winkler or Pasternak elastic foundations. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations of the present theory is reduced, and hence, makes it simple to use. The governing equations are derived by employing the Hamilton's principle and the physical neutral surface concept. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface-based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded plates based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. Numerical results of present theory are compared with results of the traditional first-order and the other higher-order theories reported in the literature. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the static bending and free vibration behaviors of functionally graded plates.
Material properties of a new composite composed of components with known material properties are usually investigated through experiments. Elastic modulus and Poisson's ratio are measured at various volume fractions of mixed components and utilized as the base information on an analytical model for predicting the mechanical behaviors of a structure constructed by the composite. Elastic material properties of a composite at various volume fractions are numerically estimated by minimizing the error between the static displacements computed from a model for the composite and those computed from a model of homogeneous and isotropic material. A finite element model for a composite is proposed to distribute different types of material components easily into the model depending on the volume fraction. Then, the material properties of a composite filled with solid mircospheres are predicted numerically through a sample study and the estimated results are compared with experimental results and some theoretical equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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