AliAsghar Moslemi Beirami;Vadim V. Ponkratov;Amir Ebrahim Akbari Baghal;Barno Abdullaeva;Mohammadali Nasrabadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.159-168
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2023
Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.1
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pp.11-17
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2024
A seismic structure is an earthquake-resistant design that dissipates seismic energy by equipping the structure with a device called a damper. As research efforts to reduce earthquake damage continue to rise, technology for isolating vibrations in structures has evolved by altering the materials and shapes of dampers. However, due to the inherent nature of the damper, there are an unescapable restrictions on the extent of plastic deformation that occurs in the material to effectively dissipate energy. Therefore, in this study, we proposed a long-life damper that offers semi-permanently usage and enhances structural performance by applying additional tension which is achieved by utilizing super elastic shape memory alloy (SSMA), a material that self-recovers after deformation. To comprehensively understand the behavior of long-life dampers, finite element analysis was performed considering the design variables such as material, wire diameter, and presence of tension, and response behavior was derived to analyze characteristics such as load resistance, energy dissipation, and residual displacement to determine the performance of long-life dampers in seismic structure. Excellence has been proven from finite element analysis results.
The present research delves into the analysis of nonlinear free and forced vibrations of porous functionally graded (FG) shallow shells reinforced with oblique stiffeners, which are embedded in a nonlinear elastic foundation (NEF) subjected to external excitation. Two distinct types of PFG shallow shells, characterized by even and uneven porosity distribution along the thickness direction, are considered in the research. In order to model the stiffeners, Lekhnitskii's smeared stiffeners technique is implemented. With the stress function and first-order shear deformation theory (FSDT), the nonlinear model of the oblique stiffened shallow shells is established. The strain-displacement relationships for the system are derived via the FSDT and utilization of the von-Kármán's geometric assumptions. To discretize the nonlinear governing equations, the Galerkin method is employed. The model such developed allows analysis of the effects of the stiffeners with various angles as desired, in addition to the quantitative investigation on the influence of the surrounding nonlinear elastic foundations. To numerically solve the problem of vibrations, the 4th-order P-T method is used, as this method, known for its enhanced accuracy and reliability, proves to be an effective choice. The validation of the present research findings includes a comprehensive comparison with outcomes documented in existing literature. Additionally, a comparative analysis of the numerical results against those obtained using the 4th Runge-Kutta method is performed. The impact of stiffeners with varying angles and material parameters on the vibration characteristics of the present system is also explored. The researchers and engineers working in this field may use the results of this study as benchmarks in their design and research for the considered shell systems.
The present research investigates the thermodynamically bending behavior of FG sandwich plates, laying on the Winkler/Pasternak/Kerr foundation with various boundary conditions, subjected to harmonic thermal load varying through thickness. The supposed FG sandwich plate has three layers with a ceramic core. The constituents' volume fractions of the lower and upper faces vary gradually in the direction of the FG sandwich plate thickness. This variation is performed according to various models: a Power law, Trigonometric, Viola-Tornabene, and the Exponential model, while the core is constantly homogeneous. The displacement field considered in the current work contains integral terms and fewer unknowns than other theories in the literature. The corresponding equations of motion are derived based on Hamilton's principle. The impact of the distribution model, scheme, aspect ratio, side-to-thickness ratio, boundary conditions, and elastic foundations on thermodynamic bending are examined in this study. The deflections obtained for the sandwich plate without elastic foundations have the lowest values for all boundary conditions. In addition, the minimum deflection values are obtained for the exponential volume fraction law model. The sandwich plate's non-dimensional deflection increases as the aspect ratio increases for all distribution models.
In this research paper, and for the first time, wave propagations in sigmoidal imperfect functionally graded material plates are investigated using a simplified quasi-three-dimensionally higher shear deformation theory (Quasi-3D HSDTs). By employing an indeterminate integral for the transverse displacement in the shear components, the number of unknowns and governing equations in the current theory is reduced, thereby simplifying its application. Consequently, the present theories exhibit five fewer unknown variables compared to other Quasi-3D theories documented in the literature, eliminating the need for any correction coefficients as seen in the first shear deformation theory. The material properties of the functionally graded plates smoothly vary across the cross-section according to a sigmoid power law. The plates are considered imperfect, indicating a pore distribution throughout their thickness. The distribution of porosities is categorized into two types: even or uneven, with linear (L)-Type, exponential (E)-Type, logarithmic (Log)-Type, and Sinus (S)-Type distributions. The current quasi-3D shear deformation theories are applied to formulate governing equations for determining wave frequencies, and phase velocities are derived using Hamilton's principle. Dispersion relations are assumed as an analytical solution, and they are applied to obtain wave frequencies and phase velocities. A comprehensive parametric study is conducted to elucidate the influences of wavenumber, volume fraction, thickness ratio, and types of porosity distributions on wave propagation and phase velocities of the S-FGM plate. The findings of this investigation hold potential utility for studying and designing techniques for ultrasonic inspection and structural health monitoring.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.10
no.1
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pp.565-570
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2024
Recently, due to adjacent excavation work such as new buildings and common tunnel expansion concentrated around the urban railway, deformation of the underground box and tunnel structure of the urban railway built underground has occurred, and as a result, repair and reinforcement work is frequently carried. In addition, the subway is responsible for large-scale transportation, so ensuring the safety and drivability of underground structures is very important. Accordingly, an automated measurement system is being introduced to manage the safety of underground box structures. However, there is no analysis of structural damage vulnerabilities caused by subsidence or uplift of underground box structures. In this study, we aim to analyze damage vulnerabilities for safety monitoring of underground box structures. In addition, we intend to analyze major core monitoring locations by modeling underground box structures through numerical analysis. Therefore, we would like to suggest sensor installation locations and damage vulnerable areas for safety monitoring of underground box structures in the future.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.133-139
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2024
The purpose of this study is to propose a new material called polyketone to overcome the limitations of polyurethane, which is currently used as a compression member in the field of earthquake-resistant structures. Although existing polyurethane has excellent elastic properties, it tends to be insufficient to recover the displacement that occurs in the structure. On the other hand, polyketone has excellent strength performance and is attracting attention as an eco-friendly material. In order to evaluate the compression properties of polyketone, which has these advantages, we would like to conduct a comparative experiment with polyurethane that was previously used. The speed dependence of polyketone was identified through simple compression experiments and experimental speed changes under repeated loading conditions, and additional compression behavior was applied to confirm compression behavior characteristics. Polyketone showed compressive strength about 10 times higher than that of polyurethane, and its excellent recovery characteristics were demonstrated by its deformation recovery ability about 14 times higher at relatively small displacements.
Ali Alnujaie;Ahmed A. Daikh;Mofareh H. Ghazwani;Amr E. Assie;Mohamed A Eltaher
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.181-195
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2024
This study introduces a novel functionally graded material model, termed the "Coated Functionally Graded Graphene-Reinforced Composite (FG GRC)" model, for investigating the free vibration response of plates, highlighting its potential to advance the understanding and application of material property variations in structural engineering. Two types of coated FG GRC plates are examined: Hardcore and Softcore, and five distribution patterns are proposed, namely FG-A, FG-B, FG-C, FG-D, and FG-E. A modified displacement field is proposed based on the higher-order shear deformation theory, effectively reducing the number of variables from five to four while accurately accounting for shear deformation effects. To solve the equations of motion, an analytical solution based on the Galerkin approach was developed for FG GRC plates resting on a viscoelastic Winkler/Pasternak foundation, applicable to various boundary conditions. A comprehensive parametric analysis elucidates the impact of multiple factors on the fundamental frequencies. These factors encompass the types and distribution patterns of the coated FG GRC plates, gradient material distribution, porosities, nonlocal length scale parameter, gradient material scale parameter, nanoplate geometry, and variations in the elastic foundation. Our theoretical research aims to overcome the inherent challenges in modeling structures, providing a robust alternative to experimental analyses of the mechanical behavior of complex structures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.505-512
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2012
In this paper, an efficient yet accurate method for the thermal stress analysis using a first order shear deformation theory(FSDT) is presented. The main objective herein is to systematically modify transverse shear strain energy through the mixed variational theorem(MVT). In the mixed formulation, independent transverse shear stresses are taken from the efficient higher-order zigzag plate theory, and the in-plane displacements are assumed to be those of the FSDT. Moreover, a smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the transverse normal displacement field in order to consider a transverse normal deformation. The resulting strain energy expression is referred to as an enhanced first order shear deformation theory, which is obtained via the mixed variational theorem with transverse normal deformation effect(EFSDTM_TN). The EFSDTM_TN has the same computational advantage as the FSDT_TN(FSDT with transverse normal deformation effect) does, which allows us to improve the through-the-thickness distributions of displacements and stresses via the recovery procedure. The thermal stresses obtained by the present theory are compared with those of the FSDT_TN and three-dimensional elasticity.
Facings of mechanically stabilized earth retaining walls have function to fix the reinforcement and prevent backfill loss, but the walls are lack of structural rigidity capable of resisting applied loads. The reinforced subgrade with rigid wall was developed to have the structural functions under train loading. Though it has lots of advantages such as small deformation after construction, its negative side effects of economics and difficult construction were mainly mentioned and not practically used. To apply it for railroad subgrade, this study focus on the construction cost down and the enhancement of constructability without functional loss. To do so, the behaviors of reinforced subgrade with rigid wall were evaluated with the change of the vertical spacing and length of reinforcement. Small scale model tests (1/10 scale) and 3 m full scale tests were performed to evaluate deformation characteristics of reinforced subgrade under simulated train loading. Even though it uses short reinforcement, it showed small horizontal displacement of wall and plastic settlement of subgrade. Also, it was verified that not only 30 cm but also 40 cm of vertical spacing of reinforcement had good performance in serviceability aspects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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