Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.1051-1061
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1995
In order perform leak-before-break design of nuclear piping systems and integrity evaluation of reactor vessels, full stress-strain (.sigma. - .epsilon.) curves and fracture resistance (J-R) curves are required. However it is time-consuming and expensive to obtain J-R curves experimentally. The objective of this paper is to develop two methods for J-R curve prediction. In the first method, elastic-plastic finite element analyses for a series of crack length / specimen width ratio were performed. Accordingly the load versus load line displacement (P .delta.) curve corresponding to the fracture strain is obtained and the J-R curve based on the generalized locus method is obtained. In the second method, the correlation between .sigma.-.epsilon. curves and J-R curves was statistically analyzed and an empirical equation to predict the J-R curve from the .sigma.-.epsilon. test result is proposed. A good correlation between the predicted results based on the proposed methods and the experimental ones is obtained.
Arefi, Mohammad;Bidgoli, Elyas Mohammad-Rezaei;Zenkour, Ashraf M.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.27-40
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2018
The governing equations of motion are derived for analysis of a sandwich microbeam in this paper. The sandwich microbeam is including an elastic micro-core and two piezoelectric micro-face-sheets. The microbeam is subjected to transverse loads and two-dimensional electric potential. Higher-order sinusoidal shear deformation beam theory is used for description of displacement field. To account size dependency in governing equations of motion, strain gradient theory is used to mention higher-order stress and strains. An analytical approach for simply-supported sandwich microbeam with short-circuited electric potential is proposed. The numerical results indicate that various types of parameters such as foundation and material length scales have significant effects on the free vibration responses and dynamic results. Investigation on the influence of material length scales indicates that increase of both dimensionless material length scale parameters leads to significant changes of vibration and dynamic responses of microbeam.
The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultant-stress shell element is presented for the isotropic and anisotropic composite material. The effect of the coupling term between the bending strain and displacement has been investigated in the warping problem. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. In composite plates and shells, the transverse shear stiffness is defined by an equilibrium approach instead of using the shear correction factor. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Several numerical analyses are presented and discussed in order to investigate the capabilities of the present shell element. The results showed very good agreement compared with well-established formulations in the literature.
Connections play a significant role in strength of structures against earthquake-induced loads. According to the post-seismic reports, connection failure is a cause of overall failure in reinforced concrete (RC) structures. Connection failure results in a sudden increase in inter-story drift, followed by early and progressive failure across the entire structure. This article investigated the cyclic performance and behavioral improvement of shape-memory alloy-based connections (SMA-based connections). The novelty of the present work is focused on the effect of shape memory alloy bars is damage reduction, strain recoverability, and cracking distribution of the stated material in RC moment frames under seismic loads using 3D nonlinear static analyses. The present numerical study was verified using two experimental connections. Then, the performance of connections was studied using 14 models with different reinforcement details on a scale of 3:4. The response parameters under study included moment-rotation, secant stiffness, energy dissipation, strain of bar, and moment-curvature of the connection. The connections were simulated using LS-DYNA environment. The models with longitudinal SMA-based bars, as the main bars, could eliminate residual plastic rotations and thus reduce the demand for post-earthquake structural repairs. The flag-shaped stress-strain curve of SMA-based materials resulted in a very slight residual drift in such connections.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.1
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pp.116-124
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2021
In this study, the reliability of vehicle frames employed in small electric road sweepers was assessed through durability testing. The frames were tested under three conditions, whereby mechanical loads were applied to (1) the entire frame, (2) the front frame, and (3) the rear frame. The strain distributions in the loaded frames were determined through a combination of direct strain gauge measurements and supplementary numerical analysis. While subtle differences were observed between the experimental and numerical analyses, both methods successfully yielded comparable deformation patterns. Thus, the dependence of stress distribution and the state of the frame on loading conditions could be fully identified through our combined structural and numerical analysis.
Because of sandwich structures with low weight and high stiffness have much usage in various industries such as civil and aerospace engineering, in this article, buckling and free vibration analyses of coupled micro composite sandwich plates are investigated based on sinusoidal shear deformation (SSDT) and most general strain gradient theories (MGSGT). It is assumed that the sandwich structure rested on an orthotropic elastic foundation and make of four composite face sheets with temperature-dependent material properties that they reinforced by carbon and boron nitride nanotubes and two flexible transversely orthotropic cores. Mathematical formulation is presented using Hamilton's principle and governing equations of motions are derived based on energy approach and applying variation method for simply supported edges under electro-magneto-thermo-mechanical, axial buckling and pre-stresses loadings. In order to predict the effects of various parameters such as material length scale parameter, length to width ratio, length to thickness ratio, thickness of face sheets to core thickness ratio, nanotubes volume fraction, pre-stress load and orthotropic elastic medium on the natural frequencies and critical buckling load of double-bonded micro composite sandwich plates. It is found that orthotropic elastic medium has a special role on the system stability and increasing Winkler and Pasternak constants lead to enhance the natural frequency and critical buckling load of micro plates, while decrease natural frequency and critical buckling load with increasing temperature changes. Also, it is showed that pre-stresses due to help the axial buckling load causes that delay the buckling phenomenon. Moreover, it is concluded that the sandwich structures with orthotropic cores have high stiffness, but because they are not economical, thus it is necessary the sandwich plates reinforce by carbon or boron nitride nanotubes specially, because these nanotubes have important thermal and mechanical properties in comparison of the other reinforcement.
This paper proposes a nonlinear computational modeling approach for the behaviors of structural systems subjected to fire. The proposed modeling approach consists of fire dynamics analysis, nonlinear transient-heat transfer analysis for predicting thermal distributions, and thermomechanical analysis for structural behaviors. For concretes, transient heat formulations are written considering temperature dependent heat conduction and specific heat capacity and included within the thermomechanical analyses. Also, temperature dependent stress-strain behaviors including compression hardening and tension softening effects are implemented within the analyses. The proposed modeling technique for transient heat and thermomechanical analyses is first validated with experimental data of reinforced concrete (RC) beams subjected to high temperatures, and then applied to a bridge model. The bridge model is generated to simulate the fire incident occurred by a gas truck on April 29, 2007 in Oakland California, USA. From the simulation, not only temperature distributions and deformations of the bridge can be found, but critical locations and time frame where collapse occurs can be predicted. The analytical results from the simulation are qualitatively compared with the real incident and show good agreements.
In this paper, a microscopic analysis of prefinitelv strained cement paste specimen was carried out. The microscopic behavior of concrete under triaxial stress must be fully understood in order to explain the additional ductilitv that comes from lateral confinement and to get microstructural information in large deformed and large strained concrete. The so-called "tube-squash" test was applied to achieve enormously high shear and deviatoric strain of concrete under extremly high pressure without fracture. Then, microscopic analyses by focusing on hydration and microstructure of Prefinitely strained cement paste were carried out on cored-out deformed and virgin (undeformed) cement paste specimens : the first specimen being 40 days old, the second one being one year old. The microscopic analysis bv Field Emission Scanning Electronic Microscope (FESEM) was carried out for comparison between the specimens after 40 days and those arter one year. For one year old specimens, X-Ray Diffractometer (XRD) analysis, Energy Dispersive x-rav Spectrometer (EDS) analysis, and Differential Thermal Analysis/Thermo-Gravitv (DTA/TG) analysis were also carried out to study the hydration and the microstructures of prefinitely strained cement paste specimen by focusing on the methodologies of their microscopic analyses. analyses.
Comparative analyses of a shield building subjected to a large commercial aircraft impact between decoupling method and coupling method are performed in this paper. The decoupling method is applying impact force time-history curves on impact area of the shield building to study impact damage effects on structure. The coupling method is using a model including aircraft and shield building to perform simulation of the entire impact process. Impact force time-history curves of the fuselage, wing and engine and their total impact force time-history curve are obtained by the entire aircraft normally impacting the rigid wall. Taking aircraft structure and impact progress into account some loading areas are determined to perform some comparative analyses between decoupling method and coupling method, the calculation results including displacement, plastic strain of concrete and stress of steel plate in impact area are given. If the loading area is determined unreasonably, it will be difficult to assess impact damage of impact area even though the accurate impact force of each part of aircraft obtained already. The coupling method presented at last in this paper can more reasonably evaluate the dynamic response of the shield building than the decoupling methods used in the current nuclear engineering design.
Voids in a large rotor are formed in solidification process of a cast ingot. The voids have to be eliminated from the rotor by a forming process, because they would became stress-intensity factors which suddenly fracture the rotor in the operation. Previous studies on void-elimination of a large rotor have mainly focused on finding the process variables affecting the void-closure. But the study on the amount of void closure in a large rotor has been very rare. This study was performed to obtain an equation which predicts the amount of void-closure in a forging process of a large rotor and to evaluate the availability of the void-closure equation through finite element analyses. Firstly, 2D FE analysis was carried out to find effects of time integral of hydrostatic stress and effective strain on void volume rate of a large rotor in the upsetting process for various diameters and shapes of void, and material temperature. From the 2D FE analysis, we found that effective strain was suitable for predicting the void-closure of a large rotor, because there was a constant relationship between void volume rate and effective strain. And a void-closure equation was proposed fur predicting void-closure of a large rotor in the upsetting process. Finally, ken the 3D FE analysis, the proposed void-closure equation was verified to be useful for upsetting and cogging processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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