This work presents a comprehensive study on the surface energy effect on the axial frequency analyses of AFGM nanorods in cylindrical coordinates. The AFGM nanorods are considered to be thin, relatively thick, and thick. In thin nanorods, effects of the inertia of lateral motions and the shear stiffness are ignored; in relatively thick nanorods, only the first one is considered; and in thick nanorods, both of them are considered in the kinetic energy and the strain energy of the nanorod, respectively. The surface elasticity theory which includes three surface parameters called surface density, surface stress, and surface Lame constants, is implemented to consider the size effect. The power-law form is considered for variation of the material properties through the axial direction. Hamilton's principle is used to derive the governing equations and boundary conditions. Due to considering the surface stress, the governing equation and boundary condition become inhomogeneous. After homogenization of them using an appropriate change of variable, axial natural frequencies are calculated implementing harmonic differential quadrature (HDQ) method. Comprehensive results including effects of geometric parameters and various material properties are presented for a wide range of boundary condition types. It is believed that this study is a comprehensive one that can help posterities for design and manufacturing of nano-electro-mechanical systems.
Xi Li;Yayan Liu;Guoping Qian;Xueqing Liu;Hao Wang;Guoqing Yin
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.2
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pp.209-219
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2023
This paper presents numerical investigations into the particle crushing effect on the shear properties of gravel under direct shear condition. A novel particle crushing model was developed based on the octahedral shear stress criterion and fragment replacement method. A series of direct shear tests were carried out on unbreakable particles and breakable particles with different strengths. The evolutions of the particle crushing, shear strength, volumetric strain behavior, and contact force fabric during shearing were analyzed. It was observed that the number of crushed particles increased with the increase of the shear displacement and axial pressure and decreased with the particle strength increasing. Moreover, the shear strength and volume dilatancy were obviously decreased with particle crushing. The shear displacement of particles starting to crush was close to that corresponding to the peak shear stress got. Besides, the shear-hardening behavior was obviously affected by the number of crushed particles. A microanalysis showed that due to particle crushing, the contact forces and anisotropy decreased. The mechanism of the particle crushing effect on the shear strength was further clarified in terms of the particle friction and interlock.
With increasing interest in aviation leisure sports, the demand for ultralight aircraft has increased, highlighting the necessity for robust structural design of the aircraft. In response, this study conducted static structural analysis and free-fall analysis of fuselage frame of ultralight aircraft. Robust design and crashworthiness under operational load conditions and vertical impact scenarios were evaluated by assessing maximum stress and safety factors. Analyses were performed using finite element method-based software ANSYS Workbench. Results including stress distribution and strain were analyzed to verify the safety of the designed fuselage frame. Additionally, this study predicted excessive deformation and failure locations of the fuselage frame during vertical drop impacts.
This paper is the first step fur thermo-mechanical stress analyses of part with coated layer under contact load. A lot of coated material is applied in many structures to endure severe situation, like thermal stresses, high temperature gradients, irradiation, impacts by microscopic meteorites, and so on. In this part we are going to apply the FEM to analyze space parts with a coated layer subjected to a contact load thermo-mechanically. Coating layer is very thin in comparision with the structure, therefore it should take more times and behaviors to analyze whole model. In these reason we develop the FEM method of analyzing part with coated layer under contact load using partial model. Steady state temperature distribution of the part is obtained first, and then we apply quasi-static external load on the part. To obtain the final stage of solution, we compute the total solution, and by subtracting the thermal strain from the total ones we get the mechanical strains to compute stresses of the parts. In using the FEM, one has to discretize the model into many sub-domain, finite elements. The method is consisited of two steps. First step is to analyze the whole model with rather coarse meshes. Second step we cut a small region near the loading point, and analyze with very fine meshes. This method is allowable by the Saint-Venant's principle. And then, we finally shall check the therma1 load on the stresses of the space part with coating layer with or without substrate cracks. Then, we predict the actual behaviors of the part used in space.
In this paper, finite element analyses for estimating the behavior of fractured femur just after the operation were carried out by using ABAQUS 6.71. A stainless steel bone plate and composite bone plates with various stacking angles were considered to find out the effect of bone plate properties on bone fracture healing. In order to simulate the actual state, contact conditions between the plate and bone and fractured bones were imposed on the finite element models and the whole analysis was divided by two steps; screw fastening step and load bearing step. The stress and strain distributions at the fracture site for the cases of the stainless steel and composite bone plates were analyzed and compared with. From the analyses it was found that the composite bone plate had potential advantages for effective bone fractures healing relieving stress shielding effect.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.27
no.5
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pp.80-93
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2000
This study measured the shearing resistance of the roots of the Pinus Koraiensis by the tensile strength gained through their individual tensile test for the Root Reinforcement Model. On the basis of the shearing resistance value calculated through such a process the factor of safety(Fs) was comparatively presented by using the simplified Janbu Method in PCSTABL5M, the slop-analyzing software which had been developed in Purdue University of the U.S.A according to the shape of a slope and the type of soil. The results to have measured a stress and the factor of safety(Fs) by experiment are as follows. 1) The mean root diameter of the Pinus Koraiensis used for this experiment was 2.483mm and the mean tensile stress was calculated as 422.846(kgf/$\textrm{cm}^2$). In the strain ratio of material and the elastic modulus was measured 7.8%, 9,291.92(kgf/$\textrm{cm}^2$). 2) The shearing strength including the resistance of soil and root is expressed as Rt=C+Cr+$\sigma$.tan . ΔCr(kg/$\textrm{cm}^2$) of the shearing resistance calculated by estimating the areal ratio of roots at 10 is 0.253(kgf/$\textrm{cm}^2$). 3) As the result of making an analysis of the natural slope stability by the soil parameter, the factor of safety(Fs) was calculated at 1.795 in CL, and the stability analysis of the root reinforcement slope, Fs was calculated at 1.952. However, since a precise analysis of the controlled factors of the slope analyses are demanded for more accurate dynamic analyses, the future demands a study on this.
The tact switch is widely used in electric and electronic products. The dome type tact spring is produced by stamping. Stamping of the tact spring and operation of the tact switch have been simulated by the elasto-plastic finite element method. The operating characteristics of the switch may be given by the relation between the operating force and stroke. For a given material, this is affected by two main factors. One is the geometry of dome spring which is determined by the geometry of stamping dies and the stamping pressure, and another one is the dimension of switch. From the calculation, it was possible to obtain the stamping conditions and switch dimension for a predetermined force-stroki relation And, the hoop stresses and effective strains distributions due to the stamping and during the operation of the switch indicate a possibility of cracking in the center and rim of dome spring.
The present study is concerned with the hydrostatic extrusion process for the copper-clad aluminum rod through metallurgical joining. The rigid viscoplastic finite element analyses are performed for the steady state extrusion process of the bimetal rod. An algorithm for finding the interface profile of the bimetal rod by tracking a particle path in Eulerian domain is presented. The distributions of the effective strain rate, equivalent stress and hardness are examined for the several extrusion ratios. Experiments are also carried out for the copper-clad aluminum rod at room temperature. It is found out that the finite element predictions are generally in good agreement with the experimental observations. The detail comparisons of the extrusion loads predicted by the element method with those by experiments are given.
A comprehensive extension of functions and efficiency of the software system, DS/Block, developed earlier for the purpose of simulation of the motion of a ship block during lifting and turnover operation. A viewpoint change used in 3D-CAD is utilized and saves the time for displays of a series of configurations for the motion. The Euler parameters are adopted to convert 3 rotational degrees of freedom about global coordinate system to those about local coordinate system defined in Pro/ENGINEER. DS/Block provides FEM input data for stress and strain analyses. Several functions are incorporated for user-friendliness. DS/Block is to be tested and installed in a shipyard.
This paper presents a simple method to estimate fully plastic crack tip stresses of unequally notched specimen based on the equilibrium condition of the least upper bounds for plane strain deformation fields. The method is applied to unequally notched specimens under bending and tension. For various notch angle the limit loads and crack tip stresses are estimated from the present method and compared with results from finite element limit analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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