Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.187-195
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2024
This paper presents two-dimensional boundary value problems of the stress-based gradient elasticity within the smoothed finite element method (S-FEM) framework. Gradient elasticity is introduced to address the limitations of classical elasticity, particularly its struggle to capture size-dependent mechanical behavior at the micro/nano scale. The Ru-Aifantis theorem is employed to overcome the challenges of high-order differential equations in gradient elasticity. This theorem effectively splits the original equation into two solvable second-order differential equations, enabling its incorporation into the S-FEM framework. The present method utilizes a staggered scheme to solve the boundary value problems. This approach efficiently separates the calculation of the local displacement field (obtained over each smoothing domain) from the non-local stress field (computed element-wise). A series of numerical tests are conducted to investigate the influence of the internal length scale, a key parameter in gradient elasticity. The results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in smoothing stress concentrations typically observed at crack tips and dislocation lines.
Kim, Kwang-Soo;Kim, Jin-Yul;Kim, Sung-Hu;Park, Sun-Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.4
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pp.141-148
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2008
In the recent construction industry, Carbon Fiber Reinforced Polymers(CFRPs) have been highly considered as innovative strengthening materials for civil structures due to their superior material properties. This paper is to offer design data and strengthening efficiency of reinforced concrete beams strengthened with CFRP Plate. Static tests were carried out to evaluate failure modes and strengthening capacity. Displacements and strains of steel and CFRP plates were obtained and analyzed through a series of fatigue tests. Also, Those evaluated the energy dissipation. Results of the tests showed increase in strengthening ratios caused debonding failure at the end of beams. For the beams wrapped with CFRP sheets around the end of the plates, debonding failure mode that was induced from flexural cracks was indicated. Through the fatigue tests, it was observed that displacements, strains of steel and CFRP plates converged into certain values. It is also proved that the beams strengthened with CFRP plates are able to resist fatigue loading under serviceability.
This paper presents the experimetal result on the viscoplastic response and collapse of the titanium alloy tubes subjected to cyclic bending. Based on the capacity of the bending machine, three different curvature-rates were used to highlight the viscoplastic behavior of the titanium alloy tubes. The Curvature-controlled experiments were conducted by the curvature-ovalization measurement apparatus which was designed by Pan et al. (1998). It can be observed from experimental data that the higher the applied curvature-rate, the greater is the degree of hardening of titanium alloy tube. However, the higher the applied curvature-rate, the greater is the degree of ovalization of tube cross-section. Furthermore, due to the greater degree of the ovalization of tube cross-section for higher curvature-rates under cyclic bending, the number of cycles to produce buckling is correspondingly reduced. Finally, the theoretical formulation, proposed by Pan and Her (1998), was modified so that it can be used for simulating the relationship between the controlled curvature and the number of cycles to produce buckling for titanium alloy tubes under cyclic bending with different curvature-rates. The theoretical simulation was compared with the experimental test data. Good agreement between the experimental and theoretical results has been achieved.
This work proposes a theoretical and numerical study on the behavior of a tapered shaft rotor made of composite materials by the classical version h and the version p of the finite element method. Hierarchical form functions are used to define the model. The purpose of this paper is to determine the expressions of the kinetic and potential energies of the tree necessary for the results of the equations of motion. A comparison between the version h and the p version of the finite element method of the functions of polynomial and trigonometric hierarchical forms with six degrees of freedom per node, of a composite tapered and cylindrical shaft which rotates at a constant speed about its axis. It is found that when the number of functions of form (the version p) is increased, the solution converges. It is also observed that the conicity of the shaft increases the rigidity with respect to a uniform shaft having the same mechanical properties. The numerical simulation allowed us to determine the natural frequencies and the critical speeds of the composite shaft systems are compared with those available in the literature and the effectiveness of the methods used are discussed.
In this paper, the response and failure of sharp-notched 6061-T6 aluminum alloy circular tubes with five different notch depths of 0.4, 0.8, 1.2, 1.6 and 2.0 mm subjected to cyclic bending were experimentally and theoretically investigated. The experimental moment-curvature relationship exhibits an almost steady loop from the beginning of the first cycle. And, the notch depth has almost no influence on its relationship. However, the ovalization-curvature relationship exhibits a symmetrical, increasing, and ratcheting behavior as the number of cycles increases. In addition, a higher notch depth of a tube leads to a more severe unsymmetrical trend of the ovalization-curvature relationship. Focusing on the aforementioned relationships, the finite element software ANSYS was used to continue the related theoretical simulation. Furthermore, the five groups of tubes tested have different notch depths, from which five unparallel straight lines can be observed from the relationship between the controlled curvature and the number of cycles required to produce failure in the log-log scale. Finally, a failure model was proposed to simulate the aforementioned relationship. Through comparison with the experimental data, the proposed model can properly simulate the experimental data.
The structure refinements and the electrical and magnetoelectric measurements were performed for BIT.1BF and BIT.2BT. The tetragonal distortion of the ab plane became lessened with the addition of $4BiFeO_3 into Bi_4Ti_3O_{12}$ significantly. However, the tilting of the outer-oxygen octahedra of the perovskite unit and the elongatin of the $(Bi_2O_2)^{2+}$ layers became more pronounced. For the both phases, the bariations of dielectric properties and electrical conductivities at high temperatures showed that the ferroelectic I-rerroelectric II phase transition existed before reaching the Curie temperature. The electrical conductivity became higher with the increase of $Fe^{3+}$ ions, implying that the electron transfer increased correspondingly. The magnetoelectric effect was observed linear up to ~8 kOe, which was stronger in BIT.1BF than BIT.2BF. This behavior indicates that the distortion of the ab plane may affect the induced polarization as well as magnetic moment.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.10
no.4
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pp.16-21
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2011
This paper described an analysis of dynamic mechanism for the industrial two-step folding automatic door using commercial software packages. Two modeling types of operating on the guide rail, the sliding one and the rolling, were adopted to investigate effects of impact force when the door ascends the guide rail. The magnitude of impact force was found very peaklike large over an initial duration of the door's moving up. The amount of damping coefficient for alleviating this shock was controlled to such a moderate degree that the operating conditions can be obtained for the purpose of design. Moreover the behavior of both dynamic stress and deformation were observed for acquirement of structural reliabilities of the combined guide rail and rolling mechanism. This research will be a very useful tool in the near future for the dynamic analysis of the multi-step folding automatic door.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.650-654
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1995
In this study, in order to measure energy-absorbing charactistics in collapse test of CFRP thin-walled laminates and interpretate the cause of decreasing age when collapse test is carried out under the environments of high temperatures and hygrothermals, the moisture absorbing behavior according to the variety of orientation angel is observed and collapse characteristics is compared with the influence of high temperatures and hygrothermals. Especially, we supposed to clearly understand reationship between collapse characteristics in proportion to the variety of orientation angel and moisture absorbing. The value of the maximum loading, mean loading,rate of energy absorption energy per unit volume and mass in CFRP thin-walled laminates on the high temperatures and hygrothermals is measured lower than under no moisture absorbing. The maximum collapse loading in dynamic impact test is taken measurement lower than in static collapse test regarding compared with collapse characteristics conformity with the variety of the CFRP circular laminates in high temperatures and hygrothermals. But the absorbed energy per unit mass and volume is almost same and the biggest amount of energy is shown in the CFRP circular laminates with orientation angel of 15 .deg.. Therefore, in the case of use to CFRP circular laminates with axisymmetric mode, CFRP thin-walled structal members with orientation angel of 10 .deg. , 15 . deg. are generally useful.
In this study, in order to measure energy-absorbing characteristics in impact test of CFRP thin-walled laminates and interpret the cause of decreasing age when collapse test is carried out under the environments of high temperatures and hygrothermals, the moisture absorbing behavior according to the variety of orientation angle is observed and impact collapse characteristics of no moisture absorbing status is compared with that under the environments of high temperatures and hygrothermals. Especially, we try to obtain quantitative design data to develop CFRP thin-walled laminates with energy characteristics of optimum impact absorbing. The value of the maximum loading, mean loading, rate of energy absorption energy per unit volume and mass in CFRP thin-walled laminates on the high temperatures and hygrothermals is measured much lower than under no moisture absorbing. The maximum collapse loading in dynamic impact test is taken measurements lower than in static collapse test CFRP circular laminates in high temperatures and hygrothermals. But the absorbed energy per unit mass and volume is almost same each other and the biggest amount of energy is shown in CFRP circular laminates with orientation angle of $15^{\circ}$. Therefore, in the case of using CFRP circular laminates with axisymmetric mode, CFRP thin-walled structural members with orientation angle of $10^{\circ}$, $15^{\circ}$ has generally best condition.
This paper investigates free vibration characteristics of a rotating functionally graded (FG) beam in hygro environments. In the present study, material properties of the FG beam vary continuously through thickness direction according to the power-law which approximates material properties of FG beam. The governing differential equations of motion are derived based on Euler-Bernoulli beam theory and using the Hamilton's principle which solved utilizing a semi-analytical technique called the Differential Transform Method (DTM). In order to verify the competency and accuracy of the current analysis, a comparative study with previous researches are performed and good agreement is observed. Influences of Several important parameters such as power-law exponent, hygro environment, rotational speed and slenderness ratio on natural frequencies are investigated and discussed in detail. It is concluded that these effects play significant role on dynamic behavior of rotating FG beam in the hygro environments. Numerical results are tabulated in several tables and figures that can be serving as benchmarks for future analyses of rotating FG beams in the hygro environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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