This paper deals with free vibration of FG sandwich annular sector plates on Pasternak elastic foundation with different boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. The influence of carbon nanotubes (CNTs) waviness, aspect ratio, internal pores and graphene platelets (GPLs) on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite sandwich plates is investigated in this research work. The distributions of CNTs are considered functionally graded (FG) or uniform along the thickness of upper and bottom layers of the sandwich sectorial plates 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. The core of structure is porous and the internal pores and graphene platelets (GPLs) are distributed in the matrix of core either uniformly or non-uniformly according to three different patterns. The elastic properties of the nanocomposite are obtained by employing Halpin-Tsai micromechanics model. A semi-analytic approach composed of 2D-Generalized Differential Quadrature Method (2D-GDQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
Abdollahi, Mahdieh;Saidi, Ali Reza;Bahaadini, Reza
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.4
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pp.437-452
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2022
For the first time, the higher-order shear and normal deformable plate theory (HOSNDPT) is used for the vibration and flutter analyses of the multilayer functionally graded graphene platelets reinforced composite (FG-GPLRC) plates under supersonic airflow. For modeling the supersonic airflow, the linear piston theory is adopted. In HOSNDPT, Legendre polynomials are used to approximate the components of the displacement field in the thickness direction. So, all stress and strain components are encountered. Either uniform or three kinds of non-uniform distribution of graphene platelets (GPLs) into polymer matrix are considered. The Young modulus of the FG-GPLRC plate is estimated by the modified Halpin-Tsai model, while the Poisson ratio and mass density are determined by the rule of mixtures. The Hamilton's principle is used to obtain the governing equations of motion and the associated boundary conditions of the plate. For solving the plate's equations of motion, the Galerkin approach is applied. A comparison for the natural frequencies obtained based on the present investigation and those of three-dimensional elasticity theory shows a very good agreement. The flutter boundaries for FG-GPLRC plates based on HOSNDPT are described and the effects of GPL distribution patterns, the geometrical parameters and the weight fraction of GPLs on the flutter frequencies and flutter aerodynamic pressure of the plate are studied in detail. The obtained results show that by increasing 0.5% of GPLs into polymer matrix, the flutter aerodynamic pressure increases approximately 117%, 145%, 166% and 196% for FG-O, FG-A, UD and FG-X distribution patterns, respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.407-418
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2006
In this paper, an efficient yet accurate stress analysis based on the first-order shear deformation theory (FSDT) is presented. The transverse shear strain energy is modified via the mixed variational theorem, so that the shear correction factors are automatically involved in the formulation. In the mixed variational formulation, the transverse stresses are taken to be functions subject to variations. The transverse shear stresses based on an efficient higher order plate theory (EHOPT, Cho and Parmerter, 1993) are utilized and modified, while the transverse normal stress is assumed to be the third-order polynomial of thickness coordinates, which satisfies both zero transverse shear stresses and prescribed surface fractions in top and bottom surfaces. On the other hand, the displacements are assumed to be those of the FSDT Resulting strain energy expressions are referred to as an EFSDTM3D that stands for an enhanced first-order shear deformation theory based on the mixed formulation for three dimensional elasticity, The developed EFSDTM3D preserves the computational advantage of the classical FSDT while allowing for important local through-the-thickness variations of displacements and stresses through the recovery procedure that is based on the least square minimization of in-plane stresses. Comparisons of displacements and stresses of both laminated and sandwich plates using the present theory are made with the classical FSDT, three-dimensional exact solutions, and available data in the literature.
Kim Woo-Young;Kim Yung-Soo;Jang Kyung-Soo;Kim Chang-Whe
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.39
no.5
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pp.463-476
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2001
Since the treatment of edentulous patients with osseointegrated implant was first introduced more than 30 years ago, implant therapy has become one of the most important dental treatment modalities today. Based on the previous experience and knowledge, $Br{\aa}nemark\;Novum^{(R)}$ protocol was introduced with the concept of simplifying surgical and prosthetic technique and reducing healing time recently. This protocol recommends the installation of three 5mm wide diameter futures in anterior mandible and the prefabricated titanium bars for superstructure fabrication. This study was designed to analyze the stress distribution at fixture and superstructure area according to changes of fixture number, diameter and superstructure materials. Four 3-dimensional finite element models were fabricated. Model 1 - 5 standard fixtures (13mm long and 3.75mm in diameter) & superstructure consisted of type IV gold alloy and resin Model 2- 3 wide diameter fixtures (13mm long and 5.0mm in diameter) & superstructure consisted of type IV gold alloy and resin Model 3-3 wide diameter fixtures (13mm long and 5.0mm in diameter) & superstructure consisted of titanium and resin Model 4-3 wide diameter fixtures (13mm long and 5.0mm in diameter) & superstructure consisted of titanium and porcelain A 150N occlusal force was applied on the 1st molar of each model in 3 directions - vertical($90^{\circ}$), horizontal($0^{\circ}$) and oblique($120^{\circ}$). After analyzing the stresses and displacements, following results were obtained. 1. There were no significant difference in stress distribution among experimental models. 2. Model 2, 3, 4 showed less amount of compressive stress than that of model 1. However, tensile stress was similar. 3. Veneer material with a high modulus of elasticity demonstrated less stress accumulation in the superstructure. Within the limites of this study, $Br{\aa}nemark\;Novum^{(R)}$ protocol demonstrated comparable biomechanical properties to conventional protocol.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.3
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pp.249-257
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2011
In this paper, an systematic approach is presented, in which the mixed variational theorem is employed to incorporate independent transverse shear stresses into a classical higher-order shear deformation theory(HSDT). The HSDT displacement field is taken to amplify the benefits of using a classical shear deformation theory such as simple and straightforward calculation and numerical efficiency. Those independent transverse shear stresses are taken from the fifth-order polynomial-based zig-zag theory where the fourth-order transverse shear strains can be obtained. The classical displacement field and independent transverse shear stresses are systematically blended via the mixed variational theorem. Resulting strain energy expressions are named as an enhanced higher-order shear deformation theory via mixed variational theorem(EHSDTM). The EHSDTM possess the same computational advantage as the classical HSDT while allowing for improved through-the-thickness stress and displacement variations via the post-processing procedure. Displacement and stress distributions obtained herein are compared to those of the classical HSDT, three-dimensional elasticity, and available data in literature.
With recent advances in 3D scanning technology, three-dimensional (3D) patternmaking is becoming a powerful way to develop garments pattern. This technology is now applicable to the made to measure (MTM) system of both ordinary and tightly fitting garments. Although the pattern of fitted clothing has been developed using 3D human data, it is still interesting to develop cycling pants by considering while-cycling body posture and fabric elasticity. This study adopted the Garland's triangle simplification method in order to simplify data without distorting the original 3D scan. Next, the Runge-Kutta method (2C-AN program) was used to develop a 2D pattern from the triangular pixels in the 3D scanned data. The 3D scanned data of four male, university students aged from 21 to 25, was obtained using Whole body scanner (Model WB4, Cyberware, Inc., USA). Results showed the average error of measurement was $4.58cm^2$ (0.19%) for area and 0~0.61cm for the length between the 3D body scanned data and the 2D developed pattern data. This is an acceptable range of error for garment manufacture. Additionally, the 2D pattern developed, based on the 3D body scanned data, did not need ease for comfort or ease of movement when cycling. This study thus provides insights into how garment patterns may be developed for ergonomic comfort in certain special environments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.381-387
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2016
In this paper, the methodology applied to the improvement of stress analyses is extended to free vibration and buckling analyses. The essence of the methodology is the Saint-Venant's principle that is applicable to beam and plate models. The principle allows one to dimensionally reduce three-dimensional elasticity problems. Thus the methodology can be employed to vibration and buckling as well as stress analysis. First, the principle is briefly revisited, and then the formations of classical beam theories are presented. To improve the predictions, the perturbed terms (unknowns) are introduced together with the warping functions that are calculated by stress equilibrium equations. The unknowns are then calculated by applying the equivalence of stress resultants (i.e., Saint-Venant's principle). As numerical examples, cantilever and simply supported beams are analytically solved. The results obtained are compared with those of the classical beam theories. It is shown that the methodology can be used to improve the predictions without introducing shear correction factors.
Journal of the Korea Fashion and Costume Design Association
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v.22
no.3
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pp.1-17
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2020
The Peking Opera is one of the most representative cultural aspects of China. It includes China's traditional specialties, such as stage performance, stage background, and costumes. The purpose of this study is to investigate the characters and the costume characteristics of the Peking Opera to present fashion design. This research is meaningful for spreading the Peking Opera to the world by applying China's traditional costumes to fashion design. Based on the cultural background of the Peking Opera and the analysis of the opera costume, four sets of women's clothes were made by using the traditional Chinese elements. The conclusions are as follows. First, traditional features such as patterns, colors, and styles from Peking Opera costumes were used in fashion design. The colors and patterns use Chinese traditional aesthetics to carry out contemporary fashion design and apply creative materials. Second, the neoprene used to create the items is a material suitable for the modern design of the traditional Peking Opera costumes. Neoprene has good elasticity and can be cut and sewn in a variety of ways. It can also satisfy the three-dimensional atmosphere and rich morphological changes found in Peking Opera costumes. In addition, a combination of thin chiffon and mesh materials is also suitable for the development of modern designs. Finally, in order to show the effects of traditional works, the patterns were finished by hand-painting. The hand-painted works were then scanned and printed on the material by the digital printing techniques. At the conclusion, the traditional features and feelings of the contemporary designs were presented.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.3
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pp.165-175
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2008
An ankle-foot orthosis(AFO) is a brace for persons with gait disabilities to support or replace the function of ankle joint. Ankle-foot orthoses(AFO's) are usually prescribed to alleviate the drop-foot by constraining the excessive plantar flexion. The shape and the strength of the AFO are often based on 'trial and error' due to a lack of knowledge of the stress distribution in the AFO. In this study, an improved stress-freezing method was proposed to measure the stress distribution characteristics in the AFO. As a result, a photoelastic material with low freezing temperature was developed to measure the stresses under a person's direct contact loading condition. The three-dimensional stress-1rozen photoelastic models of AFO's for five stages of stance phase such as heel contact, foot flat, mid stance, heel off, and toe off were produced. The results of photoelastic analysis revealed that the stresses developed in the AFO were varied considerably from tensile to compressive or vice versa, during walking. At the posterior part of ankle joint in the AFO, the maximum compressive stress of 1.81MPa was observed in the mid stance, and the maximum tensile stress of 0.74MPa was observed during heel contact. The overall stress levels in the AFO's were low in the toe off phase. The results suggested that the posterior part of ankle joint might be the most fragile part in the AFO.
El-Borgi, S.;Choura, S.;Neifar, M.;Smaoui, H.;Majdoub, M.S.;Cherif, D.
Smart Structures and Systems
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v.4
no.2
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pp.209-220
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2008
A methodology for the seismic vulnerability assessment of historical monuments is presented in this paper. The ongoing work has been conducted in Tunisia within the framework of the FP6 European Union project (WIND-CHIME) on the use of appropriate modern seismic protective systems in the conservation of Mediterranean historical buildings in earthquake-prone areas. The case study is the five-century-old Zaouia of Sidi Kassem Djilizi, located downtown Tunis, the capital of Tunisia. Ambient vibration tests were conducted on the case study using a number of force-balance accelerometers placed at selected locations. The Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) technique was applied to extract the dynamic characteristics of the monument. A 3-D finite element model was developed and updated to obtain reasonable correlation between experimental and numerical modal properties. The set of parameters selected for the updating consists of the modulus of elasticity in each wall element of the finite element model. Seismic vulnerability assessment of the case study was carried out via three-dimensional time-history dynamic analyses of the structure. Dynamic stresses were computed and damage was evaluated according to a masonry specific plane failure criterion. Statistics on the occurrence, location and type of failure provide a general view for the probable damage level and mode. Results indicate a high vulnerability that confirms the need for intervention and retrofit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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