The specimen for laser hardening have been carried out using SM45C which is coated with black paint or graphite for better absorption. Segmented mirror was used in order to produce a square beam ($10{\times}10mm$) at the surface with a homegeneous intensity distribution across the beam. $CO_2$-Laser power was changed from 2kW to 4kW and transfer velocity was varied from 0.1m/min to 2.0m/min. The maximum hardness and case depth of SM45C steel are 790Hv and 1.5mm by laser hardening. When the surface of specimens was melted during laser hardening. the surface hardness of SM45C steel was decreased. The surface hardness of 2 layer coated specimen(black paint: $15.4{\mu}m$, graphite coating: $9.5{\mu}m$) was increased than that of 1 layer coated specimen. It is desirable to prepare 2 or more coating layer on the steel surface in order to sufficient case depth and hardness in laser hardening. The graphite coating on the specimen surface was obtained more uniform temperature distribution than black paint coating in laser hardening process.
Adherence between reinforcement and the surrounding concrete is usually ignored in finite element analysis (FEA) of reinforced concrete (RC) members. However, load transition between the reinforcement and surrounding concrete effects RC members' behavior a great deal. In this study, the effects of bond-slip on the FEA of RC members are examined. In the analyses, three types of bond-slip modeling methods (perfect bond, contact elements and spring elements) and three types of reinforcement modeling methods (smeared, one dimensional line and three dimensional solid elements) were used. Bond-slip behavior between the reinforcement and surrounding concrete was simulated with cohesive zone materials (CZM) for the first time. The bond-slip relationship was identified experimentally using a beam bending test as suggested by RILEM. The results obtained from FEA were compared with the results of four RC beams that were tested experimentally. Results showed that, in FE analyses, because of the perfect bond occurrence between the reinforcement and surrounding concrete, unrealistic strains occurred in the longitudinal reinforcement. This situation greatly affected the load deflection relationship because the longitudinal reinforcements dominated the failure mode. In addition to the spring elements, the combination of a bonded contact option with CZM also gave closer results to the experimental models. However, modeling of the bond-slip relationship with a contact element was quite difficult and time consuming. Therefore bond-slip modeling is more suitable with spring elements.
Vishwaraj, Naik Parrikar;Nataraj, Chandrika Thondagere;Jagannath, Ravi Prasad Kogravalli;Gurusiddappa, Prashanth;Talabattula, Srinivas
Current Optics and Photonics
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v.4
no.4
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pp.293-301
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2020
In this paper we propose and theoretically analyze a monolithic multiparametric sensor consisting of a superstructure of surface-relief waveguide Bragg gratings (WBGs), a micro-machined diaphragm, and a cantilever beam. Diaphragms of two different configurations, namely circular and square, are designed and analyzed separately for pressure measurement. The square diaphragm is then selected for further study, since it shows relatively higher sensitivity compared to the circular one, as it incurs more induced stress when any pressure is applied. The cantilever beam with a proof mass is designed to enhance the sensitivity for acceleration measurement. A unique mathematical method using coupled-mode theory and the transfer-matrix method is developed to design and analyze the shift in the Bragg wavelength of the superstructure configuration of the gratings, due to simultaneously applied pressure and acceleration. The effect of temperature on the wavelength shift is compensated by introducing another Bragg grating in the superstructure configuration. The measured sensitivities for pressure and acceleration are found to be 0.21 pm/Pa and 6.49 nm/g respectively.
Following the launch of Rare Isotope Science Project in December 2011, a heavy ion accelerator complex in South Korea, named RAON, has since been designed. It includes a muon facility for muon spin rotation, relaxation, and resonance. The facility will be provided with 600 MeV and 100 kW (one-fourth of the maximum power) proton beam. In this study, the graphite target in RAON was designed to have a rotating disk shape and was cooled by radiative heat transfer. This cool-down process has the following advantages: a low-temperature gradient in the target and the absence of a liquid coolant cooling system. Monte Carlo simulations and ANSYS calculations were performed to optimize the target system in a thermally stable condition when the 100 kW proton beam collided with the target. A comparison between the simulation and experimental data was also included in the design process to obtain reliable results. The final design of the target system will be completed within 2020, and its manufacturing is in progress. The manufactured target system will be installed at the RAON in the Sindong area near Daejeon-city in 2021 to carry out verification experiments.
In the present study, the effect of GO in damping capacity of CF/epoxy laminates was studied via free vibration analysis. The composite laminates were manufactured by using vacuum assisted resin transfer molding technique. The damping properties of the prepared hybrid composites were determined in terms of natural frequency and damping ratio in free vibration test. The foremost aspire of this investigation was to compare the vibration properties i.e. natural frequency and modal damping of the prepared composites with the numerical results. The numerical study was carried out via FEA using $ANSYS^{TM}$ workbench software. The parametric study of the numerical models was also studied considering the beam free length and the beam thickness. It was found that the incorporation of GO enhanced the damping capacity of the composite and the variation of natural frequencies in mode1varied by 2-5% compared to the experimental study.
Steel laminated elastomeric bearings are commonly used in bridge structures to control displacements and rotations and transfer forces from the superstructure to the substructure. Proper knowledge of design, fabrication and erection procedures is important to ensure stability and adequate structural performance during the lifetime of the bridge. Difference in elevations sometimes leads to large size gaps between the bearing and the girder which makes the grout thickness that is commonly used for leveling deviate beyond standards. This paper investigates the structural response of High Strength Fiber Reinforced Cementitious (HSFRC) thin plinths that are used to close gaps between bearing pads and precast girders. An experimental program was developed for this purpose where HSFRC plinths of different size were cast and tested under vertical loads that simulate bridge loading in service. The structural performance of the plinths was closely monitored during testing, mainly crack propagation, vertical reaction and displacement. Analytically, the HSFRC plinth was analyzed using the beam on elastic foundation theory as the supporting elastomeric bearing pads are highly compressible. Closed form solutions were derived for induced displacement and forces and comparisons were made between analytical and experimental results. Finally, recommendations were made to facilitate the practical use of HSFRC plinths in bridge construction based on its enhanced load carrying capacity in shear and flexure.
Reinforced concrete (RC) deep beams are critical structural elements used in offshore pile caps, rectangular cross-section water tanks, silo structures, transfer beams in high-rise buildings, and bent caps. As a result of the low shear span ratio to effective depth (a/d) in deep beams, arch action occurs, which leads to shear failure. Several studies have been carried out to improve the shear resistance of RC deep beams and avoid brittle fracture behavior in recent years. This study was performed to investigate the behavior of RC deep beams numerically and experimentally with different reinforcement arrangements. Deep beams with four different reinforcement arrangements were produced and tested under monotonic static loading in the study's scope. The horizontal and vertical shear reinforcement members were changed in the test specimens to obtain the effects of different reinforcement arrangements. However, the rebars used for tension and the vertical shear reinforcement ratio were constant. In addition, the behavior of each deep beam was obtained numerically with commercial finite element analysis (FEA) software ABAQUS, and the findings were compared with the experimental results. The results showed that the reinforcements placed diagonally significantly increased the load-carrying and energy absorption capacities of RC deep beams. Moreover, an apparent plastic plateau was seen in the load-displacement curves of these test specimens in question (DE-2 and DE-3). This finding also indicated that diagonally located reinforcements improve displacement ductility. Also, the numerical results showed that the FEM method could be used to accurately predict RC deep beams'behavior with different reinforcement arrangements.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.653-660
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2007
Since the temperature of asphalt for deck plate of steel bridge during paying procedure is relatively high as $240^{\circ}C\;to\;260^{\circ}C$, the temperature of deck plate of bridge rises mere than $100^{\circ}C$ and excessive displacement and stress could occur. In order to avoid undesirable failure of base plate and determine the optimal pavement pattern, a thorough thermal analysis is needed. General structural model which is made of beam and plate element should be modified for transient heat transfer analysis; asphalt pavement material and convection effect on surface of structure need to be added. A new technique with the Equivalent Heat Source (EHS) for numerical thermal analysis for steel bridge under thermal load of Guss asphalt pavement is proposed. Since plate/beam elements which were generally used for structural analysis for bridge cannot explain convection effect easily on plate/beam surface, EHS which is determined based on calculated temperature with convection effect is used. To verify the EHS proposed in this study, numerical analyses with plate elements are performed and the results are compared with estimated temperatures. EHS might be used for other thermal analyses of steel bridge such as welding residual stress analysis and bridge fire analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.1
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pp.79-88
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1997
Very stiff floor system in a residential-commercial building causes some problems in the numerical analysis procedure due to significant difference in stiffness with adjacent elements. Static analysis of structure with a stiff transfer-floor can be performed approximately in two steps for upper and lower parts for the structure. However, it is impossible to perform dynamic analysis in two steps with separate models. An efficient method for dynamic analysis of a structure with a right floor system is proposd in this study. The matrix condensation technique is employed to reduce the degree of freedom for upper and lower parts of the structure and a beam elements with rigid bodies at both ends are introduce to model the rigid floor system. Efficiency and accuracy of the proposed method are verified through analysis of several example structures.
The applications of water jet cutting (WJC) in coal mine have progressed slowly. In this paper, we analyzed the possibility and reasonableness of WJC application to pressure relief in hard coal seam, simulated the distributive characteristics of stress and energy fields suffered by hard coal roadway wallrock and the internal relationships of the fields to the instability due to WJC (including horizontal radial slot and vertical annular slot) on roadway wallrock. The results showed that: (1) WJC can unload hard coal seam effectively by inducing stress release and energy dissipation in coal mass near its slots; its annular slots also can block or weaken stress and energy transfer in coal mass; (2) the two slots may cause "the beam structure" and "the small pillar skeleton", and "the layered energy reservoir structure", respectively, which lead to the increase in stress concentration and energy accumulation in coal element mass near the slots; (3) the reasonable design and optimization of slots' positions and their combination not only can significantly reduce the scope of stress concentration and energy accumulation, but also destroy coal mass structure on a larger scale to force stress to transfer deeper coal mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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