The thermal contact resistance(TCR) of nanosized contact spots has been investigated through a multiscale analysis which considers the resolution of surface topography. A numerical simulation is performed on the finite element model of rough surfaces. Especially, as the contact size decreases below the phonon mean free path, the size dependent thermal conductivity is considered to calculate the TCR. In our earlier model which follows an elastic material, the TCR increases without limits as the number of nanosized contact spots increases in the process of scale variation. However, the elastoplastic contact induces a finite limit of TCR as the scale varies. The results are explained through the plastic behavior of the two contacting models. Furthermore, the effect of air conduction in nanoscale is also investigated.
Not all loads contribute to fatigue crack propagation in the welded detail of steel bridges when they are subjected to variable amplitude loading. For fatigue assessment, therefore, non-contributing stress cycles should be truncated. However, stress range truncation is not considered during typical fatigue reliability assessment. When applying the first order reliability method, stress range truncation occurs mismatch between the expected number of cycles to failure and the number of cycles obtained at the time of evaluation, because the expected number of cycles only counts the stress cycles that contribute to fatigue crack growth. Herein, we introduce a calibration factor to coordinate the expected number of cycles to failure to the equivalent value which includes both contributing and non-contributing stress cycles. The effectiveness of stress range truncation and the proposed calibration factor was validated via case studies.
Purpose: In the dental field, acrylic resin can be used to produce various orthodontic appliances. The manufacturing of orthodontic resin requires the insertion of dental wires. However, currently, no study has compared the mechanical properties when dental wires are inserted into the orthodontic resin. Methods: In this study, specimens measuring 3.3 mm×10 mm×65 mm were produced by inserting 0.7- and 0.9-mm wires. A dental wire was used to create a specimen with the following configurations: single wire, two wires bonded together, and two wires spaced 5 mm apart. The flexural strength, flexural modulus, proportional limit, and work of fracture of the fabricated specimens were measured using a universal testing machine. Results: The dental resin inserted with wires demonstrated increased mechanical properties including bending strength, elastic modulus, yield strength, and fracture energy. The bending strength of the fabricated orthodontic resin specimens increased as the diameter of the wire expanded. Conclusion: Thus, the insertion of dental wires into dental resin increased the strength of the manufactured orthodontic appliance.
This study shows the variation of poisson's ratio according to stress for the Cretaceous sandstones and shale in the Euiseoung Subbasin. To make a mechanical experiment, samples prepared with 3.0 cm in diameter and 6.2 cm in length were used in testing stress and strain. Generally poisson's ratio has been considered as one of properties, but contrary to steel, the test result makes sure that poisson's ratio has functional relation to stress. I had used four methods to calculate poisson's ratio, Poisson's ratio shows considerable different results according to the calculating, method but it has similar tendency in an elastic limit. Poisson' s ratio increases rapidly and is distinguished clearly in internal fracture region according to the calculating method. Poisson's ratio of sandstone and shale is different from one another in low and high stress regimes,but it is linearly proportional to the stress in an elastic regimes, that is, ${\nu}_t={\;}{\nu}_0+P_{\sigma}({\nu}_0$:first stage Poisson's ratio, ${\nu}_t$:poisson's ratio, P: poisson's coefficient, $\sigma$:stress). Poisson's ratios of two kinds of rock samples show continuous variation from 0.1 to 0.21 in an elastic regime. The variation of poisson's ratio is much wider in an internal fracture regine. It varies from 0.22 to 0.45 in sandstone, which is out of elastic regime.
Kim, Eunyoung;Kim, Boyoung;Kang, Jun Won;Lee, Hongpyo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.167-174
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2021
Recent investigation into the integrity of nuclear containment buildings has highlighted the importance of developing an elaborate diagnostic method to evaluate the distribution and size of cavities inside concrete walls. As part of developing such a method, this paper presents a finite element approach to modeling elastic waves propagating in the containment building walls of a nuclear power plant. We introduce a perfectly matched layer (PML) wave-absorbing boundary to limit the large-scale nuclear containment wall to the region of interest. The formulation results in a semi-discrete form with symmetric damping and stiffness matrices. The transient elastic wave equations for a mixed unsplit-field PML were solved for displacement and stresses in the time domain. Numerical results show that the sensitivity of displacement, velocity, acceleration, and stresses is large depending on the size and location of the cavity. The dynamic response of the wall slightly differs depending on the existence of the containment liner plate. The results of this study can be applied to a full-waveform inversion approach for characterizing cavities inside a containment wall.
There are many restrictions in the application of high-strength HSSs, including yield strength and yield ratio for the 600-MPa steel. The AISC and Canadian codes recommend that the yield strength and yield ratio of HSS members be 360 MPa and 80%, respectively. It is important to understand the true buckling behaviors of HSSs using high-strength steel at the limit states. There are many experimental data regarding the rectangular HSSs, and the circular ones are not enough for high-strength steel. Therefore, this study was conducted to create a better understanding of the buckling behaviors of the 600- and 400-MPa steels based on the results of the finite-element analysis that was done before the experiment. To understand the structural behaviors of the aforementioned steels, the width-to-thickness ratios, the angle of the web members, the yield strength, and the gap of the web members were selected as the main parameters in this study, and ABAQUS, a general finite-element program, was used.As a result, the compression web member reached elastic buckling in the 600-MPa steel and inelastic buckling in the 400-MPa steel. A brittle fracture occurred in the case where the yield ratio was greater than 80%. At the same time, it was found that the limit strength determined via FEM analysis had a higher value compared to the code evaluation with the variation of the width-to-thickness ratio in the main code member. The change in the connection load in high-strength steels was not identified by the other factors.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.5
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pp.271-278
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2021
According to the capacity design of eccentrically braced frames (EBFs), non-dissipative members such as columns, link-exterior beams, and braces must remain within the elastic region when a fully-yielded and strain-hardened link transmits force to them. The current AISC 341 standard suggests a strain-hardening factor (SHF) of 1.25 for a link under capacity design, regardless of its properties. However, all the links in an EBF are not likely to yield simultaneously to the extent to which the overstrength corresponding to 1.25 times their expected strength is attained, especially for high-rise buildings. Considering this phenomenon, a technique to predict the SHF of links at the limit state of the structure is proposed in this paper. The exact prediction of the links' SHF could save structural quantities dramatically while achieving the principle of capacity design. To validate the effectiveness of this technique, SHF values predicted by conducting linear analysis were compared with those evaluated by nonlinear analysis. Furthermore, the maximum demand-to-capacity ratios of the non-dissipative members were calculated to verify whether they would remain elastic at the limit state of the structure. Consequently, EBFs designed by the proposed method showed substantially economical quantities through the exact prediction of the SHFs, and the intention of capacity design was successfully achieved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.6
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pp.499-505
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2017
In this study, the limit loads calculated by the $m_{\alpha}-tangent$ method based on the linear finite element analysis are compared with the closed form solutions that are proposed by various authors. The objects of the analysis is to select the elbow and the branch pipe which are representative structure of piping system. The applicability of the $m_{\alpha}-tangent$ method are investigated by applying it to cases with various geometries. The internal pressure and the in-plane bending moment are considered and the $m_{\alpha}-tangent$ method is in good agreement with the existing solutions in case of elbows. However, the limit loads calculated by the $m_{\alpha}-tangent$ method for branch junctions do not agree well with the existing solutions and do not show any tendency. The reason is a biased result due to the stress concentration of the discontinuous parts.
To study the evaluation standard and control limit of mortar filling layer void length, in this paper, the train sub-model was developed by MATLAB and the track-bridge sub-model considering the mortar filling layer void was established by ANSYS. The two sub-models were assembled into a train-track-bridge coupling dynamic model through the wheel-rail contact relationship, and the validity was corroborated by the coupling dynamic model with the literature model. Considering the randomness of fastening stiffness, mortar elastic modulus, length of mortar filling layer void, and pier settlement, the test points were designed by the Box-Behnken method based on Design-Expert software. The coupled dynamic model was calculated, and the support vector regression (SVR) nonlinear mapping model of the wheel-rail system was established. The learning, prediction, and verification were carried out. Finally, the reliable probability of the amplification coefficient distribution of the response index of the train and structure in different ranges was obtained based on the SVR nonlinear mapping model and Latin hypercube sampling method. The limit of the length of the mortar filling layer void was, thus, obtained. The results show that the SVR nonlinear mapping model developed in this paper has a high fitting accuracy of 0.993, and the computational efficiency is significantly improved by 99.86%. It can be used to calculate the dynamic response of the wheel-rail system. The length of the mortar filling layer void significantly affects the wheel-rail vertical force, wheel weight load reduction ratio, rail vertical displacement, and track plate vertical displacement. The dynamic response of the track structure has a more significant effect on the limit value of the length of the mortar filling layer void than the dynamic response of the vehicle, and the rail vertical displacement is the most obvious. At 250 km/h - 350 km/h train running speed, the limit values of grade I, II, and III of the lengths of the mortar filling layer void are 3.932 m, 4.337 m, and 4.766 m, respectively. The results can provide some reference for the long-term service performance reliability of the ballastless track-bridge system of HRS.
Walters, K.;Tamaddon-Jahromi, H.R.;Webster, M.F.;Tome, M.F.;McKee, S.
Korea-Australia Rheology Journal
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v.21
no.4
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pp.225-233
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2009
In various attempts to relate the behaviour of highly-elastic liquids in complex flows to their rheometrical behaviour, obvious candidates for study have been the variation of shear viscosity with shear rate, the two normal stress differences $N_1$ and $N_2$, especially $N_1$, and the extensional viscosity $\eta_E$. In this paper, we shall be mainly interested in 'constant-viscosity' Boger fluids, and, accordingly, we shall limit attention to $N_1$ and $\eta_E$. We shall concentrate on two important flows - axisymmetric contraction flow and "splashing" (particularly that which arises when a liquid drop falls onto the tree surface of the same liquid). Modern numerical techniques are employed to provide the theoretical predictions. It is shown that the two obvious manifestations of viscoelastic rheometrical behaviour can sometimes be opposing influences in determining flow characteristics. Specifically, in an axisymmetric contraction flow, high $\eta_E$ can retard the flow, whereas high $N_1$ can have the opposite effect. In the splashing experiment, high $\eta_E$ can certainly reduce the height of the so-called Worthington jet, thus confirming some early suggestions, but, again, other rheometrical influences can also have a role to play and the overall picture may not be as clear as it was once envisaged.
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