Ben Abdallah Medjdoubi;Mohammed Sid Ahmed Houari;Mohamed Sadoun;Aicha Bessaim;Ahmed Amine Daikh;Mohamed-Ouejdi Belarbi;Abdelhak Khechai;Aman Garg;Mofareh Hassan Ghazwani
Coupled systems mechanics
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v.12
no.3
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pp.199-220
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2023
This article presents a new analytical model to study the effect of porosity on the shear correction factors (SCFs) of functionally graded porous beams (FGPB). For this analysis, uneven and logarithmic-uneven porosity functions are adopted to be distributed through the thickness of the FGP beams. Critical to the application of this theory is a determination of the correction factor, which appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant; to compensate for the assumption that the shear strain is uniform through the depth of the cross-section. Using the energy equivalence principle, a general expression is derived from the static SCFs in FGPB. The resulting expression is consistent with the variationally derived results of Reissner's analysis when the latter are reduced from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional one (beam). A convenient algebraic form of the solution is presented and new study cases are given to illustrate the applicability of the present formulation. Numerical results are presented to illustrate the effect of the porosity distribution on the (SCFs) for various FGPBs. Further, the law of changing the mechanical properties of FG beams without porosity and the SCFare numerically validated by comparison with some available results.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Tarek Merzouki;AhmedAmine Daikh;Aman Garg;Abdelouahed Tounsi;Mohamed A. Eltaher;Mohamed-Ouejdi Belarbi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.1-11
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2024
This article introduces a novel analytical model for examining the impact of porosity on shear correction factors (SCFs) in functionally graded porous beams (FGPB). The study employs uneven and logarithmic-uneven modified porosity-dependent power-law functions, which are distributed throughout the thickness of the FGP beams. Additionally, a modified exponential-power law function is used to estimate the effective mechanical properties of functionally graded porous beams. The correction factor plays a crucial role in this analysis as it appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant. It compensatesfor the assumption that the shear strain is uniform across the depth of the cross-section. By applying the energy equivalence principle, a general expression for static SCFs in FGPBs is derived. The resulting expression aligns with the findings obtained from Reissner's analysis, particularly when transitioning from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional case (beam). The article presents a convenient algebraic form of the solution and provides new case studies to demonstrate the practicality of the proposed formulation. Numerical results are also presented to illustrate the influence of porosity distribution on SCFs for different types of FGPBs. Furthermore, the article validates the numerical consistency of the mechanical property changesin FG beams without porosity and the SCF by comparing them with available results.
Beam-column joints in the frame structure are at high risk of brittle shear failure which would lead to significant residual deformation and even the collapse of the structure during an earthquake. In order to improve the damage issue and enhance the recoverability of the beam-column joints, a sector lead rubber damper (SLRD) has been developed. The SLRD can increase the bearing capacity and energy dissipation capacity, and also demonstrating recoverability of seismic performance following cyclic loading. In this paper, the hysteretic behavior of SLRD was experimentally investigated in terms of the regular hysteretic behavior, large deformation behavior and fatigue behavior. Furthermore, a parametric analysis was performed to study the influence of the primary design parameters on the hysteretic behavior of SLRD. The results show that SLRD resist the exerted loading through the shear capacity of both rubber parts coupled with the lead cores in the pre-yielding stage of lead cores. In the post-yielding phase, it is only the rubber parts of the SLRD that provide the shear capacity while the lead cores primarily dissipate the energy through shear deformation. The SLRD possesses a robust capacity for large deformation and can sustain hysteretic behavior when subjected to a loading rotation angle of 1/7 (equivalent to 200% shear strain of the rubber component). Furthermore, it demonstrates excellent fatigue resistance, with a degradation of critical behavior indices by no more than 15% in comparison to initial values even after 30 cycles. As for the designing practice of SLRD, it is recommended to adopt the double lead core scheme, along with a rubber material having the lowest possible shear modulus while meeting the desired bearing capacity and a thickness ratio of 0.4 to 0.5 for the thin steel plate.
Zhengyi Kong;Ningning Hu;Ya Jin;Kun Xing;Qinglin Tao;George Vasdravellis;Duc Kien Thai;Quang-Viet Vu
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.227-241
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2024
Advancements in additive manufacturing technology, notably for its efficiency, accuracy, automation, and streamlined procedures, are increasingly relevant in civil engineering. This study evaluates the mechanical properties of 316L stainless steel bolted connections fabricated using Powder Bed Fusion (PBF) additive manufacturing. Eleven single-lap bolted connection specimens were tested under monotonic loading to assess the influence of various factors, including plate thickness, manufacturing direction, bolt end and edge distances, and bolt quantity, on the connections' anti-sliding and shear capacities. Material tests conducted prior to the connection tests revealed that PBF-manufactured stainless steel plates possess higher yield and ultimate strength, as well as greater elongation capacity, compared to traditional stainless steel plates. The connection tests indicated that the anti-sliding coefficient values range from 0.348 to 0.698, aligning with current standards for stainless steel bolted connections. Three distinct failure modes were identified: net section failure in the stainless-steel plate, bolt shear failure, and plate shear failure. It was determined that existing standards for anti-sliding capacity may not be entirely applicable to PBF-manufactured connections. Therefore, a modified model for the anti-sliding capacity of these connections is proposed. Additionally, a more accurate formula for calculating their shear capacity, which addresses the oversight of friction forces in current standards, is introduced.
The physical properties of polymer are greatly influenced by the extent to which a resin cures. The presence of un reacted monomer can, have a plasticizing effect on the polymer, thereby altering the physical and mechanical properties of dentin bonding agent (DBA). If the DBA does not polymerize sufficiently, it will leave a weak bonding layer and lead to lower bond strength. The purpose of this study was to evaluate the shear bond strengths(SBS) and the degree of conversion (DC) of 4 commercialy avilable dentin bonding systems which are composed of 2 multi-bottle systems [Scotchbond Multi-Purpose (SMP), AeliteBond(AB)] and 2 onebottle systems [SingleBond(SB), One-Step(OS)]. For shear bond strength measurement, labial surfaces of freshly extracted bovine incisors were ground with # 600 grit SiC paper to expose dentin. Four different groups of samples were formed, with 10 samples. being made for each of the 4 commercial DBA in each group according to the curing sequences of DBA and overlayer thickness of composites: Group I (standard cure and 1mm thick composites) : The DBA was light cured and the composites of 1mm thickness was applied ; Group II (standard cure and 2mm thick composites) : The DBA was light cured and the composites of 2mm thickness was applied; Group III (simultaneous cure and 1mm thick composites) : The DBA was not light-cured and simultaneously cured with composites of 1mm thickness; Group N (simultaneous cure and 2mm thick composites) : The DBA was. not light-cured and simultaneously cured with composites of 2mm thickness. The SBS was measured immediately after the composites was bonded to the bovine dentin using an Instron machine. The DC of the DBA was examined in a thin film under simulated conditions of the experimental groups according to the curing sequences and overlayer thickness of composites in the SBS test. using a Fourier transform Infrared(FTIR) spectrometer. The following results were obtained from SBS tests and DC measurements 1. In SBS tests, the multi-bottle DBA(SMP, AB) had a generally higher bond strength values than the one bottle DBA(SB, OS). In DC measurements, the one bottle DBA(SB, OS) had a significantly higher DC than the multi-bottle DBA(SMP, AB). 2. In all DBAs except OS, there was no significant difference between the bond strength of group I (standard cure and 1mm thick composites) and that of group III (simultaneous cure and 1mm thick composites). SMP, SB in Group I had a significantly higher DC than those in group III, but AB, OS in group I had a significantly lower DC than those in group III 3. All DBAs in Goup II (standard cure and 2mm thick composites) had significantly higher bond strength and DC than those in Group N (simultaneous cure and 2mm thick composites). 4. In all DBAs, there was no significantly different SBS and DC between Group I and Group II, but all DBAs in Group III had significantly higher SBS and DC than those in Group IV.
This paper presents the influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness and aspect ratio on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich annular sector plates resting on two-parameter elastic foundations. The carbon nanotube-reinforced (CNTR) sandwich plate has smooth variation of CNT fraction along the thickness direction. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness and their mechanical properties are estimated by an extended rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. Effects of CNT distribution, volume fraction, aspect ratio and waviness, and also effects of Pasternak's elastic foundation coefficients, sandwich plate thickness, face sheets thickness and plate aspect ratio are investigated on the free vibration of the sandwich plates with wavy CNT-reinforced face sheets. The study is carried out based on three-dimensional theory of elasticity and in contrary to two-dimensional theories, such as classical, the first- and the higher-order shear deformation plate theories, this approach does not neglect transverse normal deformations. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free.
Park, Young-Seok;Lee, Hai-Chool;Kim, Kyoung-Min;Cho, Chang-Shik;Rhim, Hong-Chul
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2010.05a
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pp.17-19
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2010
This paper describes the possibility of the raft thickness reduction for mega foundations system of super high-rise buildings through a case study on domestic and foreign super high-rise buildings. In case of super high-rise buildings, the size of foundations, especially raft becomes wider and deeper because of heavy upper load. It is difficult to pour concrete of this kind of mega foundation, and cracks by hydration heat could happen. Therefore, there are several ways to reduce the raft thickness of mega foundations. Piled-raft could be the one because moment and shear load that the raft subjects on by soil reaction are lower. The effect of the piled-raft foundation on the raft thickness reduction could be confirmed by comparison of super high-rise buildings with pile, piled-raft and mat foundation. Furthermore, it was showed that the raft thickness could be more reduced by locating piles right under the vertical members of super structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1738-1750
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1994
Both cylindrical cup drawing and square cup drawing are analyzed using membrane analysis as well as shell analysis by the elastic-plastic finite element method. An incremental formulation incorporating the effect of large deformation and normal anisotropy is used for the analysis of elastic-plastic non-steady deformation. The computed results are compared with the existing experimental results to show the validity of the analysis. Comparisons are made in the punch load and distribution of thickness strain between the membrane analysis and the shell analysis for both cylindrical and square cup drawing processes. In punch load, both analyses show very little difference and also show generally good agreement with the experiment. For the cylindrical cup deep drawing, the computed thickness strain of a membrane analysis, however, shows a wide difference with the experiment. In the shell analysis, the thickness strain shows good agrement with the experiment. For the square cup deep drawing, both membrane and shell analyses show a wide difference with experiment, this may be attributable to the ignorance of the shear deformation. Concludingly, it has been shown that the membrane approach shows a limitation for the deep drawing process in which the effect of bending is not negligible and more exact information on the thickness strain distribution is required.
The strain, microstructure and mechanical properties through thickness of an oxygen free copper(OFC) processed by differential speed rolling(DSR) were investigated in detail. The OFC sample with thickness of 1 mm was rolled to 35% reduction at ambient temperature without lubrication changing the differential speed ratio from 1.0:1 to 2.2:1. The shear strain introduced by the conventional rolling showed positive values at positions of upper roll side and negative values at positions of lower roll side. However, it showed zero or positive values at all positions for the samples rolled by the DSR. The effects of strain distribution through thickness of the coper sheets on microstructure, texture and mechanical properties are discussed in the present study.
Composite flooring systems consisting of cold-formed steel joists and reinforced concrete slabs offer an efficient, lightweight solution. However, utilisation of composite action to achieve enhanced strength and economical design has been limited. In this study, finite element modelling was utilised to create a three-dimensional model which was then validated against experimental results for a composite flooring system consisting of cold-formed steel joists, reinforced concrete slab and steel bolt shear connectors. This validated numerical model was then utilised to perform parametric studies on the performance of the structural system. The results from the parametric study demonstrate that increased thickness of the concrete slab and increased thickness of the cold formed steel beam resulted in higher moment capacity and stiffness of the composite flooring system. In addition, reducing the spacing of bolts and spacing of the cold formed steel beams both resulted in enhanced load capacity of the composite system. Increasing the concrete grade was also found to increase the moment capacity of the composite flooring system. Overall, the results show that an efficient, lightweight composite flooring system can be achieved and optimised by selecting suitable concrete slab thickness, cold formed beam thickness, bolt spacing, cold formed beam spacing and concrete grade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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