This paper is within the framework of an adhered complete contact problem wherein the contact between a half plane and sharp edged indenter, both of which are elastic in character, is constituted. The eigensolutions of the contact shear and normal stresses, σrq and σq, respectively, are evaluated via asymptotic analysis. The ratio of σrq/σqq is investigated and compared with the coefficient of friction, μ, of the contact surface to observe the propensity to slip on the contact surface. Interestingly, there exists a region of |σrθ/σθθ| ≥ |μ|. Thus, slipping can occur, although the problem is solved under the condition of an adhered contact without slipping. Given that a tribological failure potentially occurs at the slipping region, it is important to determine the size of the slipping region. This aspect is also factored in the paper. A simple example of the adhered contact between two elastically dissimilar squares is considered. Finite element analysis is used to evaluate generalized stress intensity factors. Furthermore, it is repeatedly observed that slipping occurs on the contact surface although the size of it is extremely small compared with that of the contacting squares. Therefore, as a contribution to the field of contact mechanics, this problem must be further explained logically.
Koksal, H. Orhun;Jafarov, Oktay;Doran, Bilge;Aktan, Selen;Karakoc, Cengiz
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.5
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pp.737-755
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2013
This paper aims to develop a practical approach to modeling of fiber reinforced polymers (FRP) strengthened masonry panels. The main objective is to provide suitable relations for the material characterization of the masonry constituents so that the finite element applications of elasto-plastic theory achieves a close fit to the experimental load-displacement diagrams of the walls subjected to in-plane shear and compression. Two relations proposed for masonry columns confined with FRP are adjusted for the cohesion and the internal friction angle of both units and mortar. Relating the mechanical parameters to the uniaxial compression strength and the hydrostatic pressure acting over the wall surface, the effects of major and intermediate principal stresses ${\sigma}_1$ and ${\sigma}_2$ on the yielding and the shape of the deviatoric section are then reflected into the analyses. Performing nonlinear finite element analyses (NLFEA) for the three walls tested in two different studies, their stress-strain response and failure modes are eventually evaluated through the comparisons with the experimental behavior.
Seo, Jeong-Sik;Shin, Jong-Keun;Choi, Young-Don;Lee, Joo-Cheol
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.6
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pp.471-478
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2008
Detached Eddy Simulation (DES) is performed for developing turbulent flow of the $270^{\circ}$ curved duct at a Reynolds number of 56,690. The curvature ratio on the basis of a centric radius $R_c$ and a duct height H is 3.357. Turbulence models adopted are k-$\omega$ model for Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) equation Simulation and Shear Stress Transport (SST) model for DES. DES is used as the hybrid computation technique combined with RANS-SST and Large Eddy Simulation (LES). Predicted results are compared with measured results including the distributions of Reynolds stresses and the flow characteristics on the symmetric plane of curved duct are presented. Judging from the comparison between the predicted and the measured results, the DES approach is applicable to calculate the developing turbulent flow in a $270^{\circ}$ curved duct.
This study presents experimental and numerical investigations on circular steel tube confined ultra high performance concrete (UHPC) columns under axial compression. The plain UHPC without fibers was designed to achieve a compressive strength ranged between 150 MPa and 200 MPa. Test results revealed that loading on only the UHPC core can generate a significant confinement effect for the UHPC core, thus leading to an increase in both strength and ductility of columns, and restricting the inherent brittleness of unconfined UHPC. All tested columns failed by shear plane failure of the UHPC core, this causes a softening stage in the axial load versus axial strain curves. In addition, an increase in the steel tube thickness or the confinement index was found to increase the strength and ductility enhancement and to reduce the magnitude of the loss of load capacity. Besides, steel tube with higher yield strength can improve the post-peak behavior. Based on the test results, the load contribution of the steel tube and the concrete core to the total load was examined. It was found that no significant confinement effect can be developed before the peak load, while the ductility of post-peak stage is mainly affected by the degree of the confinement effect. A finite element model (FEM) was also constructed in ABAQUS software to validate the test results. The effect of bond strength between the steel tube and the UHPC core was also investigated through the change of friction coefficient in FEM. Furthermore, the mechanism of circular steel tube confined UHPC columns was examined using the established FEM. Based on the results of FEM, the confining pressures along the height of each modeled column were shown. Furthermore, the interaction between the steel tube and the UHPC core was displayed through the slip length and shear stresses between two surfaces of two materials.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.3
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pp.10-19
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2014
Corrugated steel plates are made by fabricating thin steel plates to have trapezoidal or sinusoidal corrugation, and the corrugated plates are able to maintain high out-of-plane rigidity even when they are used instead of thick flat plates. Also, corrugated steel plates have almost no axial rigidity due to the accordion effect. Thus, if they are applied to the webs of plate girders, designing can be easily conducted so that the webs bear only shear stresses. However, unlike flat plates, the shear buckling of corrugated steel plates has very complex characteristics where buckling occurs due to the interaction of local and global buckling, besides local buckling and global buckling. For the investigation of the cause and characteristics of this interactive buckling, studies on sinusoidal corrugated steel plates are fewer than studies on trapezoidal corrugated steel plates. Therefore, in this study, the shear buckling characteristics of sinusoidal corrugated steel plates and the occurrence pattern of interactive buckling were investigated. For the calculation of shear buckling strength, a finite element program was used, and the analysis results were compared with the exact solution. In addition, the characteristics of buckling stress change and the change of buckling mode shape depending on corrugation thickness and shape parameter were analyzed, and by comparing these results with the results of a theoretical equation, the timing of buckling mode change was analyzed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.149-156
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2011
In this paper, a methodology is proposed to improve the stress prediction of plates via Saint Venant's principle. According to Saint Venant's principle, the stress resultants can be used to describe linear elastic problems. Many engineering problems have been analyzed by Euler-Bernoulli beam(E-B) and/or Kirchhoff-Love(K-L) plate models. These models are asymptotically correct, and therefore, their accuracy is mathematically guaranteed for thin plates or slender beams. By post-processing their solutions, one can improve the stresses and displacements via Saint Venant's principle. The improved in-plane and out-of-plane displacements are obtained by adding the perturbed deflection and integrating the transverse shear strains. The perturbed deflection is calculated by applying the equivalence of stress resultants before and after post-processing(or Saint Venant's principle). Accuracy and efficiency of the proposed methodology is verified by comparing the solutions obtained with the elasticity solutions for orthotropic beams.
Kim, Sang Yeob;Lee, Jong-Sub;Kim, Young Seok;Byun, Yong-Hoon
The Journal of Engineering Geology
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v.25
no.1
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pp.93-102
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2015
The characteristics of frozen soils are one of most important factors for foundation design in cold region. The objective of this study is to evaluate the shear strength and stiffness of frozen soils according to the confining conditions during the freezing and shearing phase. A direct shear box is constructed for the frozen specimens and bender elements are mounted on the wall of the shear box to measure shear wave velocities. Specimens are prepared by mixing sand and silt with a silt fraction of 30% in weight and the degree of saturation of 10%, giving a relative density of 60% for all tests. The temperature of the specimens in the freezer is allowed to fall below -5℃, and then direct shear tests are performed. A series of vertical stresses are applied during the freezing and shearing phase. Shear stress, vertical displacement, and shear wave along the horizontal displacement are measured. Experimental results show that in all the tests, shear strength increases with increasing vertical stress applied during the freezing and shearing phases. The magnitude of the increase in shear strength with increasing vertical stress during shearing under fixed vertical stress in the frozen state is smaller than the magnitude of the increase in vertical stress during freezing and shearing. In addition, the change in shear wave velocities varies with the position of the bender elements. In the case of shear waves passing through the shear plane, the shear wave velocities decrease with increasing horizontal displacement. This study provides an evaluation of the properties of shear strength and stiffness of frozen soils under varied confining condition.
This paper presents the flow and the suspended sediment movement over ripples for oscillatory flows. A new numerical model system is developed, and applied to a laboratory experimental condition of regular waves and a fictitious condition of irregular waves. The flow field is obtained from a programme proposed by Kim et. al.(1994), which is a modified version of SOLA based on SMAC scheme. The sub-model solves the continuity and Reynolds momentum equations in the x-z plane. The wave orbital velocities, shear stresses, and pressure are all reasonably reproduced by the model. The model results on the vertical velocity component show good agreement with the measurements. The suspended sediment transport sub-model is newly set up to solve the advection-diffusion equation of suspended sediment using a split method, and involving a special shear entrainment from the whole ripple surface. The calculated suspended sediment concentrations for regular waves show reasonable agreement with measurements at Deltaflume. The model results for random waves show that the suspended sediment concentration is higher than those for regular waves and that the sediment diffuses higher than for regular waves with the significant wave height and the peak wave period of the irregular waves.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.5
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pp.9-14
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2002
A higher order zig-zag plate theory is developed to accurately predict fully coupled mechanical, thermal, and electric behaviors. Both the in-plane displacement and temperature fields through the thickness are constructed by superimposing linear zig-zag field to the smooth globally cubic varying field. Smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the transverse deflection in order to consider transverse normal deformation. Linear zig-zag form is adopted in the electric field. The layer-dependent degrees of freedom of displacement and temperature fields are expressed in tern-is of reference primary degrees of freedom by applying interface continuity conditions as well as bounding surface conditions of transverse shear stresses and transverse heat flux. The numerical examples of coupled and uncoupled analysis demonstrate the accuracy and efficiency of the present theory. The present theory is suitable for the predictions of fully coupled behaviors of thick smart composite plate under mechanical, thermal, and electric loadings combined.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.5
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pp.442-449
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1984
Turbulent jet flow has been studied in many ways; a plane jet, a rectangular jet, an annular jet, a round jet, a wall jet, a parallel jet, a valve jet, a cross jet, a slit jet and etc. In this report, a 45.deg. cross jet flow was tried by using two same dimensioned nozzels(dia..phi.20)which were set up at the exit of the subsonic wind tunnel. Each jet flows to the direction of 22.5.deg. to the axis of downstream of the mixed flow. The centerline of each jet meets at the distance of 217.3mm and their mixing flow could be imagined to develop beyond that distance, so the measurement was effectuated at X/X$_{0}$=1.2-1.5. The section of the mixed flow a elliptic circle which is formed by the 22.5.deg. inclined flows to the X direction. This experimental study aimed at the investigation of the turbulent mixing process of two jets; the mean velocities, the turbulent shear stresses, the correlation coefficients, and the momentum were respectively measured. The mean velocity distribution profiles of the down-stream component measured in the Y direction coincide well with the empirical equation of Gortler and those measured in the Z direction agree with the equation of H. Schlichting. Other mean velocities V over bar and W over bar components were randomly distributed. The higher values with same order of the intensity of turbulence were largely distributed at the central part of the flow. The momentum was decreased up to 70% by the shock losses and the development of intense turbulences, but it kept its value constantly beyond X/d=14. Two-channel hot-wire anemometer systems (model 1050 series), X-type hot-wire made of tungsten (dia. .phi.e.mu.m, long 3mm, model 0252 T5), a computer(model HP 9845B0, and a plotter (model HP 9872C) were used for the experiments and the analyses.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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