Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.9
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pp.2181-2193
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1995
The effective elasticity and conduction of composite materials containing arbitrarily oriented multiple phases has been analyzed using the concept of orientation-dependent average fields and concentration factors. The analysis provided closed form expressions for the effective stiffnesses and conductivities. Under the prescribed boundary conditions, the concentration factors were evaluated by the equivalent inclusion principle, through which the interaction between various phases is approximated by the Mori-Tanaka mean-field approximation. SiC particulate(SiC$_{p}$) reinforce aluminum(Al) matrix composites were fabricated and their elastic constants and electrical conductivities were measured together with a careful study of their microstructure. The measured properties showed a systematic anisotropy and this behavior could be attributed to the preferred orientation of SiC$_{p}$. The theoretical model developed was applied to the computation of the anisotropic properties of these composites. Both two-phase and three-phase composites were considered based on the microstructural information. The SiC$_{p}$ was modeled as an ellipsoid with planar random orientation distribution in the extruded Al/SiC$_{p}$ composites. The effect of extraneous phase such as intermetallic compounds was also investigated.tigated.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.2
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pp.19-30
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1988
Sectional added masses of an elastic beam vibrating vertically on the free surface in higher harmonic modes are evaluated. Hydrodynamic interactions between neighboring sections, which strip theory ignores, are considered for modal wave lengths of the order of magnitude of cross-sectional dimensions of the body. An approximate solution of modified Helmholtz equation which becomes a singular perturbation problem at small wave lengths is secured to get an analytic expression for added masses attending higher harmonic modes. As a bound of the present theory, the modified Helmholtz equation is solved for the long flat plate vibrating at high frequency on the water surface without any limitations on modal frequency. Finally, extensive series of numerical calculations are carried out for ship-like forms. It is found that when modal wave length is comparable to or shorter than a typical cross-sectional dimension of a body, sectional interaction effects are large which result in considerable reductions in added masses. For a fuller section, the ratio of added mass reduction is greater. In the limit of vanishing sectional area, the added masses approach to that of flat plate of equal beam. It is shown that the added mass distribution for a Legendre modal from can be determined form the present theory and that the results agree with the extensive three-dimensional determination of Vorus and Hilarides.
This paper will examine the possibilities of the virtual tests of composite structures by simulating mechanical behaviors by using supercomputing technologies, which have now become easily available and powerful but relatively inexpensive. We will describe mainly the applications of large-scale finite element analysis using the direct numerical simulation (DNS), which describes composite material properties considering individual constituent properties. DNS approach is based on the full microscopic concepts, which can provide detailed information about the local interaction between the constituents and micro-failure mechanisms by separate modeling of each constituent. Various composite materials such as metal matrix composites (MMCs), active fiber composites (AFCs), boron/epoxy cross-ply laminates and 3-D orthogonal woven composites are selected as verification examples of DNS. The effective elastic moduli and impact structural characteristics of the composites are determined using the DNS models. These DNS models can also give the global and local information about deformations and influences of high local in-plane and interlaminar stresses induced by transverse impact loading at a microscopic level inside the materials. Furthermore, the multi-scale models based on DNS concepts considering microscopic and macroscopic structures simultaneously are also developed and a numerical low-velocity impact simulation is performed using these multi-scale DNS models. Through these various applications of DNS models, it can be shown that the DNS approach can provide insights of various structural behaviors of composite structures.
This paper presents a practical method to evaluate the effective length factors for columns in multi-storey unbraced frames based on the concept of storey-based elastic buckling by means of decomposing a multi-storey frame into a series of single-storey partially-restrained (PR) frames. The lateral stiffness of the multi-storey unbraced frame is derived and expressed as the product of the lateral stiffness of each storey. Thus, the stability analysis for the multi-storey frame is conducted by investigating the lateral stability of each individual storey, which is facilitated through decomposing the multi-storey frame into a series of single-storey PR frames and applying the storey-based stability analysis proposed by the authors (Xu and Liu 2002) for each single-storey PR frame. Prior to introducing decomposition approaches, the end rotational stiffness of an axially load column is derived and rotational stiffness interaction between the upper and lower columns is investigated. Three decomposition approaches, characterized by means of distributing beam-to-column rotational-restraining stiffness between the upper and lower columns, are proposed. The procedure of calculating storey-based column effective length factors is presented. Numerical examples are then given to illustrate the effectiveness of the proposed procedure.
Pounding between adjacent buildings is a significant challenge in metropolitan areas because buildings of different heights collide during earthquake excitations due to varying dynamic properties and narrow separation gaps. The seismic responses of adjacent buildings of varying height, coupled through soil subjected to earthquake-induced pounding, are evaluated in this paper. The lumped mass model is used to simulate the buildings and soil, while the linear visco-elastic contact force model is used to simulate pounding forces. The results indicate while the taller building is almost unaffected when the shorter building is very short, it suffers more from pounding with increasing height of the shorter building. The shorter building suffers more from the pounding with decreasing height and when its height differs substantially from that of the taller building. The minimum required separation gap to prevent pounding is increased with increasing height of the shorter building until the buildings become almost in-phase. Considering the soil effect; pounding forces are reduced, displacements and story shears are increased after pounding, and also, minimum separation gap required to prevent pounding is increased.
This paper presented an investigation of macromolecular suspension in a grooved channel by using the dissipative particle dynamics (DPD) with finitely extensible non-linear elastic (FENE) bead spring chains model. Before studying the movement and evolution of macromolecules, the DPD method was first validated by modeling the simple fluid flow in the grooved channel. For both simple fluid flow and macromolecular suspension, the flow fields were analyzed in detail. It is found that the structure of the grooved channel with sudden contraction and expansion strongly affects the velocity distribution. As the width of the channel reduces, the horizontal velocity increases simultaneously. Vortices can also be found at the top and bottom corners behind the contraction section. For macromolecular suspension, the macromolecular chains influence velocity and density distribution rather than the temperature and pressure. Macromolecules tend to drag simple fluid particles, reducing the velocity with density and velocity fluctuations. Particle trajectories and evolution of macromolecular conformation were investigated. The structure of the grooved channel with sudden contraction and expansion significantly influence the evolution of macromolecular conformation, while macromolecules display adaptivity to adjust their own conformation and angle to suit the structure so as to pass the channel smoothly.
Kim, Kyung-Su;Kim, Sung-Cahn;Shin, Chun-Sik;Park, Jin-Young;Lee, Chang-Hwan
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.73-78
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2002
Ships and ocean structures are generally under random loading. Various type of variable-amplitude loading affects fatigue crack growth and fatigue life. However interaction effects due to irregularity of loading including random loading have not explained exactly and it is difficult to examined fatigue crack growth behaviour and fatigue life for this reason. Therefore in this paper crack growth tests with constant-amplitude loading including a single overload were conducted to measure plastic zone size near crack tip of DENT specimen. And the observed plastic zone sized were discussed in terms of crack growth rate. As a result of this the effect the plastic rue size due to the overload is examined on the effect on crack growth rate and, consequently, fatigue life.
Borna, Amir;Habashi, Wagdi G.;McClure, Ghyslaine;Nadarajah, Siva K.
Wind and Structures
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v.16
no.5
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pp.411-431
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2013
A computational study of vortex-induced transverse vibrations of a cylinder with low mass-damping is presented. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation of the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (URANS), along with the Spalart-Allmaras (SA) one-equation turbulence model, are coupled conservatively with rigid body motion equations of the cylinder mounted on elastic supports in order to study the amplitude and frequency response of a freely vibrating cylinder, its flow-induced motion, Vortex Street, near-wake flow structure, and unsteady loading in a moderate range of Reynolds numbers. The time accurate response of the cylinder from rest to its limit cycle is studied to explore the effects of Reynolds number on the start of large displacements, motion amplitude, and frequency. The computational results are compared with published physical experiments and numerical studies. The maximum amplitudes of displacements computed for various Reynolds numbers are smaller than the experimental values; however, the overall agreement of the results is quite satisfactory, and the upper branch of the limit-cycle displacement amplitude vs. reduced velocity response is captured, a feature that was missed by other studies. Vortex shedding modes, lock-in phenomena, frequency response, and phase angles are also in agreement with experiments.
Kim, Mi-Jung;Han, Jin-Woo;Kim, Young-Hwan;Kim, Byoung-Yong;Han, Jeong-Min;Moon, Hyun-Chan;Park, Kwang-Bum;Seo, Dae-Shik
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.378-378
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2007
In this study, liquid crystal (LC) aligning capabilities for homeotropic alignment on the $ZrO_x$ thin film by electron beam evaporation method were investigated. Also, the control of pretilt angles and thermal stabilities of the NLC treated on $ZrO_x$ thin film were investigated. The uniform LC alignment on the $ZrO_x$ thin film surfaces and good thermal stabilities with electron beam evaporation can be achieved. It is considerated that the LC alignment on the $ZrO_x$ thin film by electron beam evaporation is attributed to elastic interaction between LC molecules and micro-grooves at the $ZrO_x$ thin film surface created by evaporation. In addition, it can be achieved the good electro-optical (EO) properties of the VA-LCD on $ZrO_x$ thin film layer with. oblique electron beam evaporation.
This study was carried out to investigate the fracture criterion of glulam. The mixed mode fracture of glulam was investigated by means of single edge notched specimens with various crack inclination in the longitudinal-radial plane. While fracture of wood is not completely understood, the study on linear-elastic fracture mechanics is a rational and valuable tool for studying the strength behavior of glulam. The results are summarized as follows : 1. Glue line has no effect on fracture strength. 2. There is a definite interaction between fracture toughness $K_I$ and $K_{II}$ during the mixed mode fracture of glulam. Several criterions for mixed mode failure were compared. The criterion was expressed in the following form: $(\frac{K_I}{K_{IC}})^2+(\frac{K_{II}}{K_{IIC}})^2=1$ 3. As crack inclination increases, $K_{IC}$ value and $K_{IIC}$ value decreases. The equations relating crack angle to $K_{IC}$ and $K_{IIC}$, respectively, were obtained as follows; $K_{IC}$ = -77.42${\gamma}$+153.72 ($R^2$ = 0.78) $K_{IIC}$ = -9.17${\gamma}$+34.90 ($R^2$ = 0.48)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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