This paper investigates creep analysis of a plate made of Al-SiC functionally graded material using Mendelson's method of successive elastic solution. All mechanical and thermal material properties, except Poisson's ratio, are assumed to be variable along the thickness direction based on the volume fraction of reinforcement and thickness. First, the basic relations of the plate are derived using the Love-Kirchhoff plate theory. The solution of governing equations yields an elastic solution to start creep analysis. The creep behavior is demonstrated through Norton's equation based on Pandey's experimental results extracted for Al-SiC functionally graded material. A linear variation is assumed for temperature distribution along the thickness direction. The creep strain, as well as the thermal strain, are included in the governing equations derived from classical plate theory for mechanical strain. A successive elastic solution based on Mendelson's method is employed to derive the history of stresses, strains, and displacements over a long time. History of stresses and deformations are obtained over a long time to predict damage to the plate because of various loadings, and material composition along the thickness and planar directions.
Mirzaei, Manouchehr Mohammad Hosseini;Loghman, Abbas;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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제30권6호
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pp.567-576
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2019
Time-dependent creep analysis of a rotating functionally graded cantilever beam with trapezoidal longitudinal cross section subjected to thermal and inertia loading is investigated using first-order shear deformation theory (FSDT). The model described in this paper is a simple simulation of a turbine blade working under creep condition. The material is a metal based composite reinforced by a ceramic where the creep properties of which has been described by the Sherby's constitutive model. All mechanical and thermal properties except Poisson's ratio are assumed to be variable longitudinally based on the volume fraction of constituent. The principle of virtual work as well as first order shear deformation theory is used to derive governing equations. Longitudinal distribution of displacements and stresses are investigated for various volume fractions of reinforcement. Method of successive elastic solution is employed to obtain history of stresses and creep deformations. It is found that stresses and displacements approach their steady state values after 40000 hours. The results presented in this paper can be used for selection of appropriate longitudinal distribution of reinforcement to achieve the desired stresses and displacements.
Nasarre, J.;Cuadrado, M.;Requejo, P.Gonzalez;Romo, E.;Zamorano, C.
International Journal of Railway
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제2권3호
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pp.118-123
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2009
Railway track alignment Standards set a minimum lenght value for straight and circular alignments (art. 5.2.9.), in order to ensure passenger ride comfort in railway vehicles of which dynamic oscillations will thus have to be limited. The transitions between alignments can cause abrupt changes (usually called discontinuities or singular points of the alignment) of curvature, of rate of change of curvature or of rate of change of cant. A passenger is likely to experience effects due to the excitation of the elastic suspension of the vehicle which generates oscillations that are damped as the vehicle moves away from the singularity. The amplitude of these oscillations should be adequately attenuated by the damping of the suspension system within the interval between two successive singular points, especially to avoid resonances. Therefore minimum lengths between two successive singular points are stated in alignment standards. Nevertheless, these nonnative values can be overly conservative in some cases. As an alternative, track alignment designers could try to assess how much the excitation has been attenuated between two successive singular points and thus assess at which point a new singularity may be present without affecting ride comfort. Although such assessment can be made with commercial SW packages which simulate the dynamic behavior of a vehicle considered as a set of rigid bodies interconnected with elastic elements simulating the suspension systems (such as SIMPACK, ADAMS or VAMPIRE), a simplified and user-friendly computation method (based upon the analytical solution of differential equations governing the phenomenon) is made available in this paper to track design engineers, not always used to working with full dynamic models.
The p-version crack model based on integrals of Legendre polynomial and virtual crack extension method is proposed with its potential for application to stress intensity factor computations in linear elastic fracture mechanics. The main advantage of this model is that the data preparation effort is minimal because only a small number of elements are used and the high accuracy and the rapid rate of convergence can be achieved in the vicinity of crack tip. There are two important findings from this study. Firstly, the limit value, the strain energy of the exact solution can be estimated with successive three p-version approximations by ascertaining the approximations is entered the asymptotic range. Secondly, the rate of convergence of p-version model is almost twice that of h-version model on the basis of uniform or quasiuniform mesh refinement for the cracked panel problem subjected tension.
AL-Sadder, Samir Z.;Othman, Ra'ad A.;Shatnawi, Anis S.
Structural Engineering and Mechanics
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제24권6호
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pp.647-664
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2006
In this study, an improved finite element formulation with a scheme of solution for the large deflection analysis of inextensible prismatic and nonprismatic slender beams is developed. For this purpose, a three-noded Lagrangian beam-element with two dependent degrees of freedom per node (i.e., the vertical displacement, y, and the actual slope, $dy/ds=sin{\theta}$, where s is the curved coordinate along the deflected beam) is used to derive the element stiffness matrix. The element stiffness matrix in the global xy-coordinate system is achieved by means of coordinate transformation of a highly nonlinear ($6{\times}6$) element matrix in the local sy-coordinate. Because of bending with large curvature, highly nonlinear expressions are developed within the global stiffness matrix. To achieve the solution after specifying the proper loading and boundary conditions, an iterative quasi-linearization technique with successive corrections are employed considering these nonlinear expressions to remain constant during all iterations of the solution. In order to verify the validity and the accuracy of this study, the vertical and the horizontal displacements of prismatic and nonprismatic beams subjected to various cases of loading and boundary conditions are evaluated and compared with analytic solutions and numerical results by available references and the results by ADINA, and excellent agreements were achieved. The main advantage of the present technique is that the solution is directly obtained, i.e., non-incremental approach, using few iterations (3 to 6 iterations) and without the need to split the stiffness matrix into elastic and geometric matrices.
적분형 르장드르 다항식과 가상균열확장법을 사용한 p-version균열모델이 선형 탄성파괴력학에서 응력확대계수를 산정할 수 있도록 제안되었다. 이 모델의 큰 장점은 소수의 요소를 사용하기 때문에 입력재료를 최소화 할 수 있고 균열선단 부근에서 높은 정확도와 빠른 수검율을 얻을 수 있다는 것이다. 이 연구를 통해 얻어진 두 가지 결론은 다음과 같다. 첫째, 변형에너지의 정해인 극한치가 수검구간에 있는 연속된 3개의 p-version 유한요소 결과로 부터 확정 할 수 있다는 것이다. 둘째, 인장력을 받는 균열판 해석에서 p-version의 수검율은 균등 또는 유사균등 요소분할에 근거를 둔 h-version모델에 비해 거의 2배 가량 빠름을 알 수 있다.
In manufacturing of pipe walls for boiler units, distortion can result in pipe-web-pipe joints from the nonuniform expansion and contraction of the weld metal and the adjacent base metal during heating and cooling cycle of the welding process. In this study, the stresses and strains during longitudinal welding of the plate-to-pipe joint were investigated. Using the method of successive elastic solution, longitudinal stresses and strains during and after welding were calculated from the information of temperature distributions obtained by Rosenthal's equations. In order to confirm the validity of the numerical results, the temperature and residual stress distributions were measured and compared with the calculated results. In spite of some assumptions, the one-dimensional analytical results of residual stresses were in fairly good agreement with the experimental ones. The residual stresses due to welding of plate-to-pipe joints are tensile near the weld line and compressive in the base metal as in the welding of plates. the amount and distribution of residual stresses were deeply dependent on the heat input ratio of the plate and pipe.
본 연구에서는 전달영향계수법의 개념을 사각형 평판의 자유진동해석에 적용하여, 그 계산결과들을 전달매트릭스법 및 엄밀해 또는 Leissa 방법의 결과와 비교하여 그 유용성을 확인하였다. 전달영향계수법은 전달매트릭스법으로는 구하기 곤란한 고차의 고유진동수에 대해서도 정도좋게 구할 수 있으며, 계산속도의 면에서도 전달매트릭스법보다 우수함을 알 수 있었다. 또한, 전달영향계수법은 모든 경계조건 및 중간 경탄성 지지조건도 전단 및 회전 스프링정수 값의 조절만으로 간편하게 대응시킬수 있었다
A floating bridge is an innovative solution for deep-water and long-distance crossing. This paper presents a curved floating bridge's dynamic behaviors under the wind, wave, and current loads. Since the present curved bridge need not have mooring lines, its deep-water application can be more straightforward than conventional straight floating bridges with mooring lines. We solve the coupled interaction among the bridge girders, pontoons, and columns in the time-domain and to consider various load combinations to evaluate each force's contribution to overall dynamic responses. Discrete pontoons are uniformly spaced, and the pontoon's hydrodynamic coefficients and excitation forces are computed in the frequency domain by using the potential-theory-based 3D diffraction/radiation program. In the successive time-domain simulation, the Cummins equation is used for solving the pontoon's dynamics, and the bridge girders and columns are modeled by the beam theory and finite element formulation. Then, all the components are fully coupled to solve the fully-coupled equation of motion. Subsequently, the wet natural frequencies for various bending modes are identified. Then, the time histories and spectra of the girder's dynamic responses are presented and systematically analyzed. The second-order difference-frequency wave force and slowly-varying wind force may significantly affect the girder's lateral responses through resonance if the bridge's lateral bending stiffness is not sufficient. On the other hand, the first-order wave-frequency forces play a crucial role in the vertical responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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