Chenari, Reza Jamshidi;Fatahi, Behzad;Ghoreishi, Malahat;Taleb, Ali
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.1
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pp.31-45
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2019
In this study the spatial variability of soils is substantiated physically and numerically by using random field theory. Heterogeneous samples are fabricated by combining nine homogeneous soil clusters that are assumed to be elements of an adopted random field. Homogeneous soils are prepared by mixing different percentages of kaolin and bentonite at water contents equivalent to their respective liquid limits. Comprehensive characteristic laboratory tests were carried out before embarking on direct shear experiments to deduce the basic correlations and properties of nine homogeneous soil clusters that serve to reconstitute the heterogeneous samples. The tests consist of Atterberg limits, and Oedometric and unconfined compression tests. The undrained shear strength of nine soil clusters were measured by the unconfined compression test data, and then correlations were made between the water content and the strength and stiffness of soil samples with different consistency limits. The direct shear strength of heterogeneous samples of different stochastic properties was then evaluated by physical and numerical modelling using FISH code programming in finite difference software of $FLAC^{3D}$. The results of the experimental and stochastic numerical analyses were then compared. The deviation of numerical simulations from direct shear load-displacement profiles taken from different sources were discussed, potential sources of error was introduced and elaborated. This study was primarily to explain the mathematical and physical procedures of sample preparation in stochastic soil mechanics. It can be extended to different problems and applications in geotechnical engineering discipline to take in to account the variability of strength and deformation parameters.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.496-500
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2004
A new, commercially available polishing process called magnetorheological finishing is used to polish and figure precision optics. To understand and model this process correctly it is important to determine the mechanical properties of the fluid under the influence of the magnetic field. Magnetorheological (MR) fluids are commonly modeled as Bingham fluids, so one of the essential properties to measure is the yield stress. Since MR fluids are inherently anisotropic, the yield stress will depend on the mutual orientation of the magnetic field and the direction of deformation. The relative orientation of the field and deformation in polishing does not coincide with common rheological setups, so a new rheometer has been designed and tested. This new magnetorheometer design has been shown to give correct stresses during calibration experiments using Newtonian fluids with a known viscosity. The measured stress has also been shown to have a magnitude consistent with published finite element approximations for magnetic fluids. The design of the instrument was complicated because of the requirements imposed upon the magnetic field, and the difficulty in satisfying the no slip boundary condition. Our results show the importance of having a homogeneous field in the test region during measurements. The solutions to these problems and discussion of the measurements on nonmagnetic and magnetic fluids are given.
This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.
This work investigates a thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by proposing a novel quasi-3D type higher order shear deformation theory (HSDT). The mathematical model introduces only 5 variables as the first order shear deformation theory (FSDT). Unlike the conventional HSDT, the present one presents a novel displacement field which includes undetermined integral variables. The mechanical properties of functionally graded layers of the plate are supposed to change in the thickness direction according to a power law distribution. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The governing equations for the thermomechanical bending investigation are obtained through the principle of virtual work and solved via Navier-type method. Interesting results are determined and compared with quasi-3D and 2D HSDTs. The influences of functionally graded material (FGM) layer thickness, power law index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are discussed.
This paper presents a semi-analytical solution for the creep analysis and life assessment of 304L austenitic stainless steel thick truncated conical shells using multilayered method based on the first order shear deformation theory (FSDT). The cone is subjected to the non-uniform internal pressure and temperature gradient. Damages are obtained in thick truncated conical shell using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The creep response of the material is described by Norton's law. In the multilayer method, the truncated cone is divided into n homogeneous disks, and n sets of differential equations with constant coefficients. This set of equations is solved analytically by applying boundary and continuity conditions between the layers. The results obtained analytically have been compared with the numerical results of the finite element method. The results show that the multilayered method based on FSDT has an acceptable amount of accuracy when one wants to obtain radial displacement, radial, circumferential and shear stresses. It is shown that non-uniform pressure has significant influences on the creep damages and remaining life of the truncated cone.
In this paper, a new displacement based high-order shear deformation theory is introduced for the static response of functionally graded sandwich plate with new definition of porosity distribution taking into account composition and the scheme of the sandwich plate. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, has strong similarity with classical plate theory in many aspects, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. Material properties of FGM layers are assumed to vary continuously across the plate thickness according to either power-law or sigmoid function in terms of the volume fractions of the constituents. The face layers are considered to be FG across each face thickness while the core is made of a ceramic homogeneous layer. Governing equations are derived from the principle of virtual displacements. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to sinusoidal loading has been obtained by using the Navier method. Numerical results are presented to show the effect of the material distribution, the sandwich plate geometry and the porosity on the deflections and stresses of FG sandwich plates. The validity of the present theory is investigated by comparing some of the present results with other published results.
The dynamic response of buried pipelines has gained considerable importance because these pipelines perform vital role in conducting energy, water, communication and transportation. After realizing the magnitude of damage, and hence, the human uncomfort and the economical losses, researchers have paid sincere attention to this problem. A number of papers have appeared in the past which discuss the different aspects of the problem. This paper presents a theoretical analysis of non-axisymmetric dynamic response of buried orthotropic cylindrical shell subjected to a moving load along the axis of the shell. The orthotropic shell has been buried in a homogeneous, isotropic and elastic medium of infinite extent. A thick shell theory including the effects of rotary inertia and shear deformation has been used. A perfect bond between the shell and the surrounding medium has been assumed. Results have been obtained for very hard (rocky), medium hard and soft soil surrounding the shell. The effects of shell orthotropy have been brought out by varying the non-dimensional orthotropic parameters over a long range. Under these conditions the shell response is studied in axisymmetric mode as well as in the flexural mode. It is observed that the shell response is significantly affected by change in orthotropic parameters and also due to change of response mode. It is observed that axial deformation is large in axisymmetric mode as compared to that in flexural mode.
This study aimed to presents a simple analytical approach to investigate the thermal buckling behavior of thick functionally graded sandwich by employing both the sinusoidal shear deformation theory and stress function. The material properties of the sandwich plate faces are continuously varied within the plate thickness according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are considered as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Numerical examples are presented to prove the effect of power law index, loading type and functionally graded layers thickness on the thermal buckling response of thick functionally graded sandwich.
A new higher shear deformation theory (HSDT) is presented for the thermal buckling behavior of functionally graded (FG) sandwich plates. It uses only four unknowns, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and the conventional HSDTs. The theory considers a hyperbolic variation of transverse shear stress, respects the traction free boundary conditions and contrary to the conventional HSDTs, the present one presents a new displacement field which includes undetermined integral terms. Material characteristics and thermal expansion coefficient of the sandwich plate faces are considered to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are supposed as uniform, linear and non-linear temperature rises within the thickness direction. An energy based variational principle is used to derive the governing equations as an eigenvalue problem. The validation of the present work is carried out with the available results in the literature. Numerical results are presented to demonstrate the influences of variations of volume fraction index, length-thickness ratio, loading type and functionally graded layers thickness on nondimensional thermal buckling loads.
Park E. S.;Kim J. S.;Kim H. J.;Bae J. C.;Huh M. Y.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.279-282
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2005
Composites comprising various volume fractions of crystalline nickel and bulk amorphous (BA) were produced by means of electroless coating of nickel on BA powder of $Cu_{54}Ni_6Zr_{22}Ti_{18}$ and subsequent spark plasma sintering (SPS) of coated BA powder. The flow curves of composites at various temperatures in the supercooled liquid region were determined by the uniaxial compression test with various strain rates. During compression at $450^{\circ}C$ with $\dot{\varepsilon}=2\times10^{-3}$, the monolithic BA sample and crystalline-BA composites displayed the superplastic deformation with $\varepsilon>1.4$. At temperatures above $460^{\circ}C$, the stress-strain curve of the monolithic BA sample depicted a sharp peak stress and a fellowing stress drop due to cracking, while those of the crystalline-BA composites displayed work-hardening up to the imposed strain. FEM analysis indicated that a fairly homogeneous strain state prevailed throughout the composite, while a higher level of stress was obtained in a harder BA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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