In this research, a numerical study has been provided for examining the nonlinear stability behaviors of sandwich beams having a cellular core and two face sheets made of nanocomposites. The nonlinear stability behaviors of the sandwich beam having geometrically perfect/imperfect shapes have been studied when it is subjected to a compressive buckling load. The nanocomposite face sheets are made of epoxy reinforced by graphene oxide powders (GOPs). Also, the core has the shape of a honeycomb with regular configuration. Using finite element method based on a higher-order deformation beam element, the system of equations of motions have been solved to derive the stability curves. Several parameters such as face sheet thickness, core wall thickness, graphene oxide amount and boundary conditions have remarkable influences on stability curves of geometrically perfect/imperfect sandwich beams.
In this paper, a Taguchi-based finite element method (FEM) has been proposed and implemented to assess optimal design parameters for minimum static deflection in laminated composite plate. An orthodox mathematical model (based on higher-order shear deformation plate theory and Green-Lagrange geometrical nonlinearity) has been used to compute the nonlinear central deflection values of laminated composite plates according to Taguchi design of experiment via a self-developed MATLAB computer code. The lay-up scheme, aspect ratio, thickness ratio and the support conditions of the laminated composite plate structure were designated as the governable design parameters. Analysis of variance (ANOVA) is used to investigate the effect of diverse control factors on the nonlinear static responses. Moreover, regression model is developed for predicting the desired responses. The ANOVA revealed that the lay-up scheme alongside the support condition plays vital role in minimizing the central deflection values of laminated composite plate under uniformly distributed load. The conformity test results of Taguchi analysis are also in good agreement with the numerical experimentation results.
The nonlinear snap-through buckling of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) curved tubes is analytically investigated in this research. It is assumed that the FG-CNTRC curved tube is supported on a three-parameter nonlinear elastic foundation and is subjected to the uniformly distributed pressure and thermal loads. Properties of the curved nanocomposite tube are distributed across the radius of the pipe and are given by means of a refined rule of mixtures approach. It is also assumed that all thermomechanical properties of the nanocomposite tube are temperature-dependent. The governing equations of the curved tube are obtained using a higher-order shear deformation theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the tube. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large deflection in the curved tube. Equations of motion are solved using the two-step perturbation technique for nanocomposite curved tubes which are simply-supported and clamped. Closed-form expressions are provided to estimate the snap-buckling resistance of FG-CNTRC curved pipes rested on nonlinear elastic foundation in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of the distribution pattern and volume fraction of CNTs, thermal field, foundation stiffnesses, and geometrical parameters on the instability of the curved nanocomposite tube.
The present research examines the primary resonance (PR) behaviors of oblique stiffened multilayer functionally graded (OSMFG) shallow shells featuring an FG porous (FGP) core under an external excitation. The research considers two distinct types of FGP cores: one characterized by uniform porosity distribution (UPD) and the other by non-uniform porosity distribution (NPD) along the thickness direction. Furthermore, the study explores two types of shallow shells: one with external oblique stiffeners and one with internal oblique stiffeners, which might have angles that are similar or different from each other. Using the stress function alongside the first-order shear deformation theory (FSDT), the research establishes a nonlinear model for OSMFG shallow shells. The strain-displacement relationships are obtained utilizing FSDT and von-Kármán's geometric assumptions. The Galerkin approach is utilized to discretize the nonlinear governing equations, allowing for the analysis of stiffeners at varied angles. To validate the obtained results, a comparison is made not only with the findings of previous research but also with the response of PR obtained theoretically with the method of multiple scales, using the P-T method. Renowned for its superior accuracy and reliability, the P-T method is deemed an apt selection within this framework. Additionally, the study investigates how differences in material characteristics and stiffener angles affect the system's PR behaviors. The results of this study can be used as standards by engineers and researchers working in this area, and they can offer important information for the design and evaluation of the shell systems under consideration.
We present improved deformation energy to enhance the visual quality of a shape deformation technique, where we preserve the local structure of an input planar shape. The deformation energy, in general, consists of several constraints such as Laplacian coordinate constraint to preserve the quality of deformed silhouette edges, mean value coordinates and edge length constraints to preserve the quality of deformed internal shape, and user-specified position constraints to control the shape deformation. When the positions of user-specified vertices change, shape deformation techniques compute the positions of the other vertices by means of nonlinear least squares optimization to minimize the deformation energy. When a user-specified vertex changes its position rapidly, it is frequently observed that the visual quality of the deformed shape decrease rapidly, which is mainly caused by unnecessary enlargement of the Laplacian vectors and unnecessary change of the edge directions along the boundary of the shape. In this paper, we propose improved deformation energy by prohibiting the Laplacian and edge length constraints from changing unnecessarily. The proposed deformation energy incorporated with well-known optimization technique can enhance the visual quality of shape deformation along the silhouette and within the interior of the planar shape while sacrificing only a little execution time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.479-486
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2002
In this study, the progressive inelastic deformation, so called, thermal ratchet phenomenon which can occur in high temperature structures of liquid metal reactor was simulated with thermal ratchet structural test facility and 316L stainless steel test cylinder. The thermal ratchet deformation at the reactor baffle cylinder of the liquid metal reactor can occur due to the moving temperature distribution along the axial direction as the sodium free surface moves up and down under the cyclic heat-up and cool-down transients. The ratchet deformation was measured with the laser displacement sensor and LVDTs after cooling the structural specimen which is heated up to 55$0^{\circ}C$ with steep temperature gradients along the axial direction. The temperature distribution of the test cylinder along the axial direction was measured with 28 channels of thermocouples and was used for the ratchet analysis. The thermal ratchet deformation was analyzed with the constitutive equation of nonlinear combined hardening model which was implemented as ABAQUS user subroutine and the analysis results were compared with those of the test. Thermal ratchet load was applied 9 times and the residual displacement after 9 cycles of thermal load was measured to be 1.79mm. The ratcheting deformation shapes obtained by the analysis with the combined hardening model were in reasonable agreement with those of the structural tests.
Analysing the incompatible deformation and damage evolution around the tunnels in mixed strata is significant for evaluating the tunnel stability, as well as the interaction between the support system and the surrounding rock mass. To investigate this issue, confined compression tests were conducted on upper-soft and lower-hard strata specimens containing a circular hole using a rock testing system, the physical mechanical properties were then investigated. Then, the incompatible deformation and failure modes of the specimens were analysed based on the digital speckle correlation method (DSCM) and Acoustic Emission (AE) data. Finally, numerical simulations were conducted to explore the damage evolution of the mixed strata. The results indicate that at low inclination angles, the deformation and v-shaped notches inside the hole are controlled by the structure plane. Progressive spalling failure occurs at the sidewalls along the structure plane in soft rock. But the transmission of the loading force between the soft rock and hard rock are different in local. At high inclination angles, v-shaped notches are approximately perpendicular to the structure plane, and the soft and hard rock bear common loads. Incompatible deformation between the soft rock and hard rock controls the failure process. At inclination angles of 0°, 30° and 90°, incompatible deformations are closely related to rock damage. At 60°, incompatible deformations and rock damage are discordant due that the soft rock and hard rock alternately bears the major loads during the failure process. The failure trend and modes of the numerical results agree very well with those observed in the experimental results. As the inclination angles increase, the proportion of the shear or tensile damage exhibits a nonlinear increase or decrease, suggesting that the inclination angle of mixed strata may promote shear damage and restrain tensile damage.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.1
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pp.33-40
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2013
Since most of yacht sails are made of thin fabric, they form cambered sail shape that can efficiently generate lift power by aerodynamic interaction and by external force delivered from supporting structures such as mast and boom. When the incident flow and external force alter in terms of volume or condition, the shape of sail also change. This deformation in shape has impact on the peripheral flow and aerodynamic interaction of the sail, and thus it is related to the deformation of the sail in shape again. Therefore, the precise optimization of aerodynamic performance of sail requires fluid-structure interaction (FSI) analysis. In this study, the simplified sail without camber was under experiment for one-way FSI that uses the result of flow analysis to the structural analysis as load condition in an attempt to fluid-structure interaction phenomenon. To confirm the validity of the analytical methods and the reliability of numerical computation, the difference in deformation by the number of finite element was compared. This study reproduced the boundary conditions that sail could have by rigs such as mast and boom and looked into the deformation of sail. Sail has non-linear deformation such as wrinkles because it is made of a thin fabric material. Thus non-linear structural analysis was conducted and the results were compared with those of analysis on elastic material.
The control and prediction of surface settlement, gradient and ground displacement are the main factors in shallow tunnel design and construction in urban area. For deformation analysis of shallow tunnel due to excavation it is important to identify possible deformation mechanism of shear bands developing from tunnel shoulder to the ground surface. This paper investigaties quantitatively the deformation behavior of shallow tunneling by model tunnel test and strain softening analysis Incorporating the reduction of shear stiffness and strength parameters. The comparison of model tunnel test result and numerical simulation using strain softening analysis showed good agreement in crown settlement, normalized subsidence settlement and developing shear bands above tunnel shoulder. In this study, it is blown that the strain softening modeling is applicable to the nonlinear deformation analysis of shallow tunnel.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.5D
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pp.505-512
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2010
Generally, the repeated traffic loading condition should be considered to predict the long-term deformation on road foundations or foundation systems. However, it is not easy to estimate long-term deformation on multi-layered system like roads and railways. For more quantitative analysis, mechanistic-empirical approach requires proper analytical tool, material's model, and material properties of foundation geomaterials under both traffic and environmental loadings. In this study, therefore, laboratory data from the long-term repeated load triaxial tests were used to predict accumulated deformation on pavement foundations and the results were analyzed based on the nonlinear models and stress state considered. All these results are presented and verified on laboratory based scale using the finite element analysis with the deformation characteristics of foundation geomaterials at various stress states.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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