This paper presents a method for the nonlinear analysis of beam elements subjected to the cyclical combined actions of torsion, biaxial flexure and axial forces based on an extension of the disturbed compression field (DSFM). The theoretical model is based on a hybrid formulation between the full rotation of the cracks model and the fixed direction of the cracking model. The described formulation, which treats cracked concrete as an orthotropic material, includes a new approach for the evaluation of the re-orientation of both the compression field and the deformation field by removing the restriction of their coincidence. A new equation of congruence permits evaluating the deformation of the middle line. The problem consists in the solution of coupled nonlinear simultaneous equations expressing equilibrium, congruence and the constitutive laws. The proposed method makes it possible to determine the deformations of the beam element according to the external stresses applied.
The analysis of temperature behavior of a hydrogen tank during refueling is of significance to clarify the safety of the compressed hydrogen storage in vehicles since the temperature at a tank rises with inflow of hydrogen. A mass balance and an energy balance were combined to obtain analytical model for temperature change during the hydrogen refueling. The equation was coupled to Peng-Robinson-Gasem (PRG) equation of state (EOS) for hydrogen. The PRG EOS was adopted after comparison with other four different cubic EOSs. A parameter of the model was determined to fit data from experiments of various inlet flow rates and temperatures. The temperature and pressure change with refueling time were obtained by the developed model. The calculation results revealed that the extent of precooling was more effective than the flow rate control.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.17
no.6
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pp.335-340
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2016
The vibrational energy is prevalent in the natural environment, which is studied by energy researchers as a new energy resource in recent years. Vibration generation utilizes electromagnetic induction technology, piezoelectric technology and certain characteristics of smart materials to convert mechanical energy into electrical energy. In this paper, a new method of using MSMA (magnetic shape memory alloy) to generate electricity is proposed and the principle of generating electricity is demonstrated. Martensitic variants and magnetic domain characteristics of MSMA are analyzed. Combining with Gibbs free energy function thermal theory, the mathematics model of MSMA vibration generator is established. The basic structure of MSMA vibration generator is designed and simulation is done to analyze that the effects of generator output voltage when the input amplitude and frequency of vibration stress change. The simulation experiments verify the feasibility of using MSMA to make the micro vibration generators and the correctness of the mathematical model, which lays a good foundation for the further research and application of MSMA vibration generator.
In This work an analysis of the propagation of waves of functionally graduated plates is presented by using a high order hyperbolic (HSDT) shear deformation theory. This theory has only four variables, which is less than the theory of first order shear deformation (FSDT). Therefore, a shear correction coefficient is not required. Unlike other conventional shear deformation theories, the present work includes a new field of displacement which introduces indeterminate integral variables. The properties of materials are supposed classified in the direction of the thickness according to two simple distributions of a power law in terms of volume fractions of constituents. The governing equations of the wave propagation in the functionally graded plate are derived by employing the Hamilton's principle. The analytical dispersion relation of the functionally graded plate is obtained by solving an eigenvalue problem. The convergence and the validation of the proposed theoretical numerical model are performed to demonstrate the efficacy of the model.
Sadoun, Mohamed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Bakora, Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.2
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pp.141-150
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2018
In this current work a quasi 3D "trigonometric shear deformation theory" is proposed and discussed for the dynamic of thick orthotropic plates. Contrary to the classical "higher order shear deformation theories" (HSDT) and the "first shear deformation theory" (FSDT), the constructed theory utilizes a new displacement field which includes "undetermined integral terms" and presents only three "variables". In this model the axial displacement utilizes sinusoidal mathematical function in terms of z coordinate to introduce the shear strain impact. The cosine mathematical function in terms of z coordinate is employed in vertical displacement to introduce the impact of transverse "normal deformation". The motion equations of the model are found via the concept of virtual work. Numerical results found for frequency of "flexural mode", mode of shear and mode of thickness stretch impact of dynamic of simply supported "orthotropic" structures are compared and verified with those of other HSDTs and method of elasticity wherever considered.
This paper describes the finite element model for predicting the fundamental performance of embedded steel column base connections under monotonic and cyclic loading. Geometric and material nonlinearities were included in the proposed finite element model. Bauschinger and pinching effects were considered in the simulation of embedded column base connections under cyclic loading. The degradation of steel yield strength and accumulation of plastic damage can be well simulated. The accuracy of the finite element model is examined by comparing the predicted results with independent experimental dataset. It is demonstrated that the finite element model accurately predicts the behaviour and failure models of the embedded steel column base connections. The finite element model is extended to carry out evaluations and parametric studies. The investigated parameters include column embedded length, concrete strength, axial load and base plate thickness. Moreover, analytical models for predicting the initial stiffness and bending moment strength of the embedded column base connection were developed. The comparison between results from analytical models and those from experiments and finite element analysis proved the developed analytical model was accurate and conservative for design purposes.
A nonlinear finite element modeling approach is developed to assess the behavior of a dowel bar embedded on a single concrete block substrate, subjected to monotonic loading. In this approach, a discrete representation of the steel reinforcing bar is considered, using beam finite elements with nonlinear material behavior. The bar is connected to the concrete embedment through nonlinear Winkler spring elements. This modeling approach can only be used if a new constitutive model is developed for the spring elements, to simulate the deformability and strength of the concrete substrate. To define this constitutive model, an extensive literature review was conducted, as well as 3 experimental tests, in order to select the experimental data which can be used in the calibration of the model. Based on this data, an empirical model was established to predict the global dowel response, for a wide range of bar diameters and concrete strengths. This empirical model provided the information needed for calibration of the nonlinear Winkler spring model, valid for dowel displacements up to 4 mm. This new constitutive model is composed by 5 stages, in order to reproduce the concrete substrate response.
In this paper, an improved mathematical model is presented for the bending analysis of doubly curved functionally graded material (FGM) sandwich rhombic conoids. The mathematical model includes expansion of Taylor's series up to the third degree in thickness coordinate and normal curvatures in in-plane displacement fields. The condition of zero-transverse shear strain at upper and lower surface of rhombic conoids is implemented in the present model. The newly introduced feature in the present mathematical model is the simultaneous inclusion of normal curvatures in deformation field and twist curvature in strain-displacement equations. This unique introduction permits the new 2D mathematical model to solve problems of moderately thick and deep doubly curved FGM sandwich rhombic conoids. The distinguishing feature of present shell from the other shells is that maximum transverse deflection does not occur at its center. The proposed new mathematical model is implemented in finite element code written in FORTRAN. The obtained numerical results are compared with the results available in the literature. Once validated, the current model was employed to solve numerous bending problems by varying different parameters like volume fraction indices, skew angles, boundary conditions, thickness scheme, and several geometric parameters.
In this study, a 3D numerical model was used to predict nonlinear wave forces on a cylindrical pile installed in a shallow water region. The model was based on solving the viscous and incompressible Navier-Stokes equations for a two-phase flow (water and air) model and the volume of fluid method for treating the free surface of water. A new application was developed based on the cut-cell method to allow easy installation of complicated obstacles (e.g., bottom geometry and cylindrical pile) in a computational domain. Free-surface elevation, water particle velocities, and inline wave forces were calculated, and the results show good agreement with experimental data obtained by the Danish Hydraulic Institute. The simulation results revealed that the proposed model can, without the use of empirical formulas (i.e., Morison equation) and additional wave analysis models, reliably predict non-linear wave forces on an offshore wind turbine foundation installed in a shallow water region.
Interfacial effect in polymetric composites have been studied extensively. This report deals mainly with the effects of interfacial space charge and interface structure. A model for the dynamic process of interfacial space charge accumulation is proposed. The new model might interpret some interface phenomena which is difficult to be explained in terms of traditional Maxwell-Wagner theory. An interface structure is also presented, by which the importance of surface treatment of glass Fiber for improving the properties of FRP could be well understood.
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