Jarali, Chetan S.;Madhusudan, M.;Vidyashankar, S.;Lu, Y. Charles
Smart Structures and Systems
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v.19
no.1
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pp.57-66
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2017
Nanocomposites reinforced with carbon nanotube fibers exhibit greater stiffness, strength and damping properties in comparison to conventional composites reinforced with carbon/glass fibers. Consequently, most of the nanocomposite research is focused in understanding the dynamic characteristics, which are highly useful in applications such as vibration control and energy harvesting. It has been observed that those nanocomposites show better stiffness when the geometry of nanotubes is straight as compared to curvilinear although nanotube agglomeration may exist. In this work the damping behavior of the nanocomposite is characterized in terms of loss factor under the presence of nanotube agglomerations. A micro stick-slip damping model is used to compute the damping properties of the nanocomposites with multiwall carbon nanotubes. The present formulation considers the slippage between the interface of the matrix and the nanotubes as well as the slippage between the interlayers in the nanotubes. The nanotube agglomerations model is also presented. Results are computed based on the loss factor expressed in terms of strain amplitude and nanotube agglomerations. The results show that although-among the various factors such as the material properties (moduli of nanotubes and polymer matrix) and the geometric properties (number of nanotubes, volume fraction of nanotubes, and critical interfacial shear stresses), the agglomeration of nanotubes significantly influences the damping properties of the nanocomposites. Therefore the full potential of nanocomposites to be used for damping applications needs to be analyzed under the influence of nanotube agglomerations.
Numerical simulation of the non-linear behavior of (RC) structural walls subjected to severe earthquake ground motions requires a reliable modeling approach that includes important material characteristics and behavioral response features. The objective of this paper is to optimize a simplified method for the assessment of the seismic response and damage development analyses of an RC structural wall building using macro-element model. The first stage of this study investigates effectiveness and ability of the macro-element model in predicting the flexural nonlinear response of the specimen based on previous experimental test results conducted in UCLA. The sensitivity of the predicted wall responses to changes in model parameters is also assessed. The macro-element model is next used to examine the dynamic behavior of the structural wall building-all the way from elastic behavior to global instability, by applying an approximate Incremental Dynamic Analysis (IDA), based on Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA), setting up nonlinear single degree of freedom systems. Finally, the identification of the global stiffness decrease as a function of a damage variable is carried out by means of this simplified methodology. Responses are compared at various locations on the structural wall by conducting static and dynamic pushover analyses for accurate estimation of seismic performance of the structure using macro-element model. Results obtained with the numerical model for rectangular wall cross sections compare favorably with experimental responses for flexural capacity, stiffness, and deformability. Overall, the model is qualified for safety assessment and design of earthquake resistant structures with structural walls.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.5
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pp.76-84
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2021
In this study, an optimal stiffness model of the C-frame, which was supporting the mold and tool load, was proposed to obtain quality self-piercing riveting (SPR) joining. First, the load path acting on the C-frame structure was identified using topology optimization. Then, a final suggested model was proposed based on the load path results. Stiffness and strength analyses were performed for a rivet pressing force of 7.3 [t] to compare the design performance of the final proposed model with that of the initial model. Moreover, to examine the reliability of continuous and repeated processes, vibration analysis was performed and the dynamic stiffness of the final proposed model was reviewed. Additionally, fatigue analysis was performed to ascertain the fatigue characteristics due to simple repetitive loading. Finally, stiffness test was performed for the final proposed model to verify the analysis results. The obtained results differed from the analysis result by 2.9%. Consequently, the performance of the final proposed model was superior to that of the initial model with respect to not only the SPR fastening quality but also the reliability of continuous and repetitive processes.
This study conducts numerical modeling and eigen-analysis of a rod-fastened rotor, which is mainly used in aircraft gas turbine engines in which multiple disks are in contact through curvic coupling. Nayak's theory is adopted to calculate surface parameters measured from the tooth profile of the curvic coupling gear. Surface parameters are important design parameters for predicting the stiffness between contact surfaces. Based on the calculated surface parameters, elastoplastic contact analysis is performed according to the interference between two surfaces based on the Greenwood-Williamson model. The equivalent bending stiffness is predicted based on the shape and elastoplastic contact stiffness of the curvic coupling. An equation of motion of the rod-fastened rotor, including the bending stiffness of the curvic coupling, is developed. Methods for applying the bending stiffness of a curvic coupling to the equation of motion and for modeling the equation of motion of a rotor that includes both inner and outer rotors are introduced. Rotordynamic analysis is performed through one-dimensional finite element analysis, and each element is modeled based on Timoshenko beam theory. Changes in bending stiffness and the resultant critical speed change in accordance with the rod fastening force are predicted, and the corresponding mode shapes are analyzed.
The major objective of this study is to investigate the dynamic behavior evaluation of split PC sleepers for railway turnout by the field test. In railway engineering, a turnout is necessary to allow a vehicle to move from one track to another. So, turnout is required very complex railway technologies such as lolling stock, track. In reference to conventional line speed-up and improvement railway, accurate assembly of turnout affects travel ins qualify of turnout area and running safety. Because of heavy weight and a large volume of the long sleeper used to turnout and car limit, transport and the prerequisite for trouble-free transport of the factory pre-assembled major turnout components is achieved through division of long sleepers. The one of the advantages for using a split sleeper is to reduce the dynamic vibration according to the information of developed nations. Therefore, we investigate the characteristic of dynamic behaviors of split sleepers which are adopted for the first time to improve performance of turnout From the field test results of the split sleeper, it is evaluated that the modification of weight, material and stiffness compared with wood sleeper is very effective for the ballast safety. However, the decrease in vibration of split sleeper was not found out.
Tang, Lian Sheng;Chen, Hao Kun;Sun, Yin Lei;Zhang, Qing Hua;Liao, Hua Rong
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.2
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pp.113-124
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2018
Under repeated loading, the residual stresses within the subgrade and subsoil can accelerate the deformation of the road structures. In this paper, a series of laboratory cyclic loading model tests and small-scale model tests were conducted to investigate the dynamic stress response within soils under different loading conditions. The experimental results showed that a dynamic stress accumulation effect occurred if the soil showed cumulative deformation: (1) the residual stress increased and accumulated with an increasing number of loading cycles, and (2) the residual stress was superimposed on the stress response of the subsequent loading cycles, inducing a greater peak stress response. There are two conditions that must be met for the dynamic stress accumulation effect to occur. A threshold state exists only if the external load exceeds the cyclic threshold stress. Then, the stress accumulation effect occurs. A higher loading frequency results in a higher rate of increase for the residual stress. In addition to the superposition of the increasing residual stress, soil densification might contribute to the increasing peak stress during cyclic loading. An increase in soil stiffness and a decrease in dissipative energy induce a greater stress transmission within the material.
The effects of fiber surface-treatment and sizing on the dynamic mechanical properties of unidirectional and 2-directional carbon fiber/nylon 6 composites by means of dynamic mechanical analysis have been investigated in the present study. The interlaminar shear strengths of 2-directional carbon/nylon 6 composites sized with various thermosetting and thermoplastic resins are also measured using a short-beam shear test method. The result suggests that different surface-treatment levels onto carbon fibers may influence the storage modulus and tan ${\delta}$ behavior of carbon/nylon 6 composites, reflecting somewhat change of the stiffness and the interfacial adhesion of the composites. Dynamic mechanical analysis and short-beam shear test results indicate that appropriate use of a sizing material upon carbon fiber composite processing may contribute to enhancing the interfacial and/or interlaminar properties of woven carbon fabric/nylon 6 composites, depending on their resin characteristics and processing temperature.
Reinforced concrete vertical silos are universal structures that store large amounts of granular materials. Due to the asymmetric structure, heavy load, uneven storage material distribution, and the difference between the storage volume and the storage material bulk density, the corresponding earthquake is very complicated. Some scholars have proposed the calculation method of horizontal forces on reinforced concrete vertical silos under the action of earthquakes. Without considering the effect of torsional effect, this article aims to reveal the expansion factor of the silo group considering the torsional effect through experiments. Through two-way seismic simulation shaking table tests on reinforced concrete column-supported group silo structures, the basic dynamic characteristics of the structure under earthquake are obtained. Taking into account the torsional response, the structure has three types of storage: empty, half and full. A comprehensive analysis of the internal force conditions under the material conditions shows that: the different positions of the group bin model are different, the side bin displacement produces a displacement difference, and a torsional effect occurs; as the mass of the material increases, the structure's natural vibration frequency decreases and the damping ratio Increase; it shows that the storage material plays a role in reducing energy consumption of the model structure, and the contribution value is related to the stiffness difference in different directions of the model itself, providing data reference for other researchers; analyzing and calculating the model stiffness and calculating the internal force of the earthquake. As the horizontal side shift increases in the later period, the torsional effect of the group silo increases, and the shear force at the bottom of the column increases. It is recommended to consider the effect of the torsional effect, and the increase factor of the torsional effect is about 1.15. It can provide a reference for the structural safety design of column-supported silos.
In modern vehicle construction the search for means of weight reduction, improving durability, increasing comfort and raising body stiffness are issues of priority to the design engineer. The intelligent usage of many materials such as high strength steel, light-alloys and plastics enables a significant vehicle weight reduction to be achieved. The classical joining techniques used in the automobile industry need to be newly-evaluated since they often do not present workable solutions for such mixed-material connections, for example aluminium/steel. Calculation/simulation methods have made progress as a key factor for broader and more cost-effective implementation of structural bonding. This will lead to reduction of spotwelds and accelerate the car development. A special focus of the paper is the use of high strength steel grades. It will be shown that adhesive bonding is a key tool for yielding the potential of advanced high strength steel for low gauging without compromising the stiffness. The latest status of adhesive development has been described. Improvements with physical strength and glass temperature as well as of process relevant properties are shown. Also the situation regarding occupational hygiene is treated, showing that by further spotweld point reduction the emission around the working area can be even lowered against the current praxis. High performing lightweight design cannot longer do without high performing crash durable adhesives.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.421-432
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2002
In this study the modal characteristics and responses of an asymmetric structure with added viscoelastic dampers were investigated for design parameters such as eccentricity of stiffness and added dampers, the loss factor of the damping materials used. For modal characteristics, variation of the quantities such as natural frequencies, modal damping ratios, modal participation factors, and dynamic amplification factors were observed, and displacements at flexible and stiff edges, and at center of mass were obtained. Based on the results, the problem of the optimum damper distribution to minimize the torsional effects was addressed, and the proposed method for optimum damper distribution was applied to a multi-story structure to verify the applicability Finally the effect of viscous and viscoelastic dampers were compared by varying the loss factor of the viscoelastic material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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