Zouaoui R. Harrat;Mohammed Chatbi;Baghdad Krour;Sofiane Amziane;Mohamed Bachir Bouiadjra;Marijana Hadzima-Nyarko;Dorin Radu;Ercan Isik
Advances in concrete construction
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v.17
no.2
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pp.111-126
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2024
During the clinkering stages of cement production, the chemical composition of fine raw materials such as limestone and clay, which include iron oxide (Fe2O3), silicon dioxide (SiO2) and aluminum oxide (Al2O3), significantly influences the quality of the final product. Specifically, the chemical interaction of Fe2O3 with CaO, SiO2 and Al2O3 during clinkerisation plays a key role in determining the chemical reactivity and overall quality of the final cement, shaping the properties of the concrete produced. As an extension, this study aims to investigate the physical effects of incorporating nanosized Fe2O3 particles as fillers in concrete matrices, and their impact on concrete structures, namely slabs. To accurately model the reinforced concrete (RC) slabs, a refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT) is used. Additionally, the stochastic Eshelby's homogenization approach is employed to determine the thermoelastic properties of nano-Fe2O3 infused concrete slabs. To ensure comprehensive coverage in the study, the RC slabs undergo various mechanical loads and are exposed to temperature fields to assess their thermo-mechanical performance. Furthermore, the slabs are assumed to rest on a three-parameter viscoelastic foundation, comprising the Winkler elastic springs, Pasternak shear layer and a damping parameter. The equilibrium governing equations of the system are derived using the principle of virtual work and subsequently solved using Navier's technique. The findings indicate that while ferric oxide nanoparticles enhance the mechanical properties of concrete against mechanical loading, they have less favorable effects on its performance against thermal exposure. However, the viscoelastic foundation contributes to mitigating these effects, improving the concrete's overall performance in both scenarios. These results highlight the trade-offs between mechanical and thermal performance when using Fe2O3 nanoparticles in concrete and underscore the importance of optimizing nanoparticle content and loading conditions to improve the structural performance of concrete structures.
Saidi, Hayat;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed;Bedia, El Abbas Adda
Steel and Composite Structures
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v.15
no.2
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pp.221-245
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2013
This paper presents an analytical solution to the thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates by using a new hyperbolic shear deformation theory in which the stretching effect is included. The modulus of elasticity of plates is assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic ceramic material. The effects of functionally graded material (FGM) layer thickness, volume fraction index, layer thickness ratio, thickness ratio and aspect ratio on the deflections and stresses of functionally graded sandwich plates are investigated.
Song, J.H.;Zhang, Y.;Lee, J.S.;Park, S.J.;Choi, D.S.;Lee, G.A.
Transactions of Materials Processing
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v.21
no.6
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pp.378-383
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2012
Laser forming is an advanced process in sheet metal forming in which a laser heat source is used to shape the metal sheet. This is a new manufacturing technique that forms the metal sheet only by a thermal stress. Analyses of the temperature and stress fields are very important to identify the deformation mechanism in laser forming. In this paper, temperature distributions and deformation behaviors of DP980 steel sheets are investigated numerically and experimentally. FE simulations are first conducted to evaluate the response of a square sheet in bending. The effects of process parameters such as laser power and scanning speed are then analyzed numerically and experimentally. It is observed that experimental and numerical results are in good agreement. These results provide a relationship between the line energy and the angles for laser bending of DP980 steel sheets.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.2
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pp.56-64
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2001
An optical temperature sensor based on the etched planar waveguide Bragg grating is developed and its performance is explored using theoretical and experimental methods. The planar waveguide is designed and fabricated using optical lithography and wet chemical etching. An efficient butt coupled optical fiber is used to examine the spectral characteristics of the grating sensor, and to investigate the grating parameters. The typical bandwidth and reflectivity of the surface etched grating has been ~0.2 nm and ~7%, respectively, at a wavelength of ~1,552 nm. The temperature-induced wavelength change of the optical sensor is found to be slightly non-linear over ${\sim}200^{\circ}C$ temperature range. Theoretical models for the grating response of the sensor based on waveguide and classical laminated plate deformation theories agree with experiments to within acceptable tolerance.
Seong-Hoon Jeong;Ehsan Mansouri;Nadia Ralston;Jong-Wan Hu
Steel and Composite Structures
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v.51
no.2
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pp.127-138
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2024
In this paper, structural behavior under fire conditions is comprehensively examined, and a novel software interface for testing interfaces efficiently is developed and validated. In order to accurately assess the response of structures to fire scenarios, advanced simulation techniques and modeling approaches are incorporated into the study. This interface enables accurate heat transfer analysis and thermo-mechanical simulations by integrating software tools such as CSI ETABS, CSI SAP2000, and OpenSees. Heat transfer models can be automatically generated, simulation outputs processed, and structural responses interpreted under a variety of fire scenarios using the proposed technique. As a result of rigorous testing and validation against established methods, including Cardington tests on scales and hybrid simulation approaches, the software interface has been proven to be effective and accurate. The analysis process is streamlined by this interface, providing engineers and researchers with a robust tool for assessing structural performance under fire conditions.
The present work deals with second order statistics of post buckling response of piezoelectric laminated composite cylindrical shell panel subjected to hygro-thermo-electro-mechanical loading with random system properties. System parameters such as the material properties, thermal expansion coefficients and lamina plate thickness are assumed to be independent of the temperature and electric field and modeled as random variables. The piezoelectric material is used in the forms of layers surface bonded on the layers of laminated composite shell panel. The mathematical formulation is based on higher order shear deformation shell theory (HSDT) with von-Karman nonlinear kinematics. A efficient $C^0$ nonlinear finite element method based on direct iterative procedure in conjunction with a first order perturbation approach (FOPT) is developed for the implementation of the proposed problems in random environment and is employed to evaluate the second order statistics (mean and variance) of the post buckling load of piezoelectric laminated cylindrical shell panel. Typical numerical results are presented to examine the effect of various environmental conditions, amplitude ratios, electrical voltages, panel side to thickness ratios, aspect ratios, boundary conditions, curvature to side ratios, lamination schemes and types of loadings with random system properties. It is observed that the piezoelectric effect has a significant influence on the stochastic post buckling response of composite shell panel under various loading conditions and some new results are presented to demonstrate the applications of present work. The results obtained using the present solution approach is validated with those results available in the literature and also with independent Monte Carlo Simulation (MCS).
The thermomechanical bending response of anti-symmetric cross-ply composite plates is investigated by the use of the simple four variable sinusoidal plate theory. The theory accounts for sinusoidal distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. The validity of the present theory is demonstrated by comparison with solutions available in the literature. Numerical results are presented to demonstrate the behavior of the system. The influences of aspect ratio, side-to-thickness ratio, thermal expansion coefficients ratio and stacking sequence on the thermally induced response are studied. The present study is relevant to aerospace, chemical process and nuclear engineering structures which may be subjected to intense thermal loads.
This study described the experimental investigations of combustion instability in a model gas turbine combustor. Strong coupling between pressure oscillations and unsteady heat release excites a self-sustained acoustic wave, which results in a loud and annoyed sound, and may also lead to a structural damage to the combustion system. In this study, in order to examine the combustion instability phenomenon of a dual swirling combustor configuration, the information of heat release and pressure fluctuation period with respect to the variation in both thermal power and combustor length was collected experimentally. As a result, the fundamental acoustic frequency turned out to increase with the increasing thermal power without respect to the combustor length. The frequency response to the combustor length was found to have two distinct regimes. In a higher power regime the frequency significantly decreases with the combustor length, as it is expected from the resonance of gas column. However, in a lower power regime it is almost insensitive to the combustor length. This insensitive response might be a result of the beating phenomenon between the interacting pilot and main flames with different periods.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.3
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pp.193-200
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2010
Through experimental investigations utilizing hypersonic shock tunnel-coaxial thermocouples as well as blow down hypersonic wind tunnel-temperature sensitive paints, the heat flux and the temperature over a protuberance were measured and analyzed. The experimental data were subsequently compared to heat flux data that was obtained by using blow down hypersonic wind tunnel and heat flux gauges. According to the comparison, both sets of data illustrated correlation with one another. The measured heat flux was large when the height of the protuberance was large. Experimental results show that heat flux measurements taken at higher locations were greater than those taken at lower locations. For high protuberances, a severe jump in the heat flux was observed, ranging in values within 0.6-0.7 of the height of the protuberances. However, when the protuberance was sufficiently short, a rise in the heat flux was rarely observed as the protuberance was totally submerged under the separation region.
To evaluate the performance of concrete load bearing walls in a structure under horizontal loads after being exposed to real fire, two steps were followed. In the first step, an experimental study was performed on the thermo-mechanical properties of concrete after heating to temperatures of 200-1000℃ with the purpose of determining the residual mechanical properties after cooling. The temperature was increased in line with natural fire curve in an electric furnace. The peak temperature was maintained for a period of 1.5 hour and then allowed to cool gradually in air at room temperature. All specimens were made from calcareous aggregate to be used for determining the residual properties: compressive strength, static and dynamic elasticity modulus by means of UPV test, including the mass loss. The concrete residual compressive strength and elastic modulus values were compared with those calculated from Eurocode and other analytical models from other studies, and were found to be satisfactory. In the second step, experimental analysis results were then implemented into structural numerical analysis to predict the post-fire load-bearing capacity response of the walls under vertical and horizontal loads. The parameters considered in this analysis were the effective height, the thickness of the wall, various support conditions and the residual strength of concrete. The results indicate that fire damage does not significantly affect the lateral capacity and stiffness of reinforced walls for temperature fires up to 400℃.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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