Solmi Kim;Dong-Hyeop Kim;Sang-Woo Kim;Soo-Yong Lee
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.275-285
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2024
This paper presents research trends in predicting the deformation of carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP) composites during thermoforming. Various thermoforming variables that must be considered during the CFRTP thermoforming stages are investigated, and factors influencing process-induced deformation are analyzed. Key material behavior models, such as crystallinity and viscoelastic, which are important for predicting thermoforming deformation, are also examined. Additionally, trends in predicting CFRTP thermoforming deformation using finite element analysis with material behavior models and machine learning techniques are analyzed. In summary, more precise prediction techniques for thermoforming deformation can be developed by associating them with material behavior models and considering thermoforming variables.
Recent development in composites containing phase-transforming particles, such as vanadium dioxide or barium titanate, reveals the overall stiffness and viscoelastic damping of the composites may be unbounded (Lakes et al. 2001, Jaglinski et al. 2007). Negative stiffness is induced from phase transformation predicted by the Landau phase transformation theory. Although this unbounded phenomenon is theoretically supported with the composite homogenization theory, detailed stress analyses of the composites are still lacking. In this work, we analyze the stress distribution of the Hashin-Shtrikman (HS) composite and its two-dimensional variant, namely a circular inclusion in a square plate, under the assumption that the Young's modulus of the inclusion is negative. Assumption of negative stiffness is a priori in the present analysis. For stress analysis, a closed form solution for the HS model and finite element solutions for the 2D composite are presented. A static loading condition is adopted to estimate the effective modulus of the composites by the ratio of stress to average strain on the loading edges. It is found that the interfacial stresses between the circular inclusion and matrix increase dramatically when the negative stiffness is so tuned that overall stiffness is unbounded. Furthermore, it is found that stress distributions in the inclusion are not uniform, contrary to Eshelby's theorem, which states, for two-phase, infinite composites, the inclusion's stress distribution is uniform when the shape of the inclusion has higher symmetry than an ellipse. The stability of the composites is discussed from the viewpoint of deterioration of perfect interface conditions due to excessive interfacial stresses.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.377-388
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2016
This study is aimed to evaluate the embedment effect of foundation as compared to the surface foundation on the response of a base-isolated nuclear power plant structure. For this purpose, the boundary reaction method (BRM), which is a two-step frequency domain and time domain technique, is used for the nonlinear SSI analysis considering nonlinear behavior of base isolators. The numerical model of the BRM is verified by comparing the numerical results obtained by the BRM and the conventional frequency-domain SSI analysis for an equivalent linear SSI system. Finally, the displacement response of the base isolation and the horizontal response of the structure obtained by the nonlinear SSI analysis using the moat foundation model are compared with those using the surface foundation model. The comparison showed that the displacement response of the base isolation can be reduced by considering the embedment effect of foundation.
Historical buildings in seismically active regions are severely damaged by earthquakes, since they certainly were not designed by the original builders to withstand seismic effects. In particular the reports after major ground motions indicate that earthquake-induced pounding between buildings may lead to substantial damage or even collapse of colliding structures. The research on structural pounding during earthquakes has been recently much advanced, although most of the studies are conducted on simplified single degree of freedom systems. In this paper a detailed pounding-involved response analysis of three adjacent structures is performed, concerning the main bodies of the "Quinto Orazio Flacco" school. The construction includes a main masonry building, with an M-shaped plan, and a reinforced concrete building, separated from the masonry one and realized along its free perimeter. By the analysis of the capacity curves obtained by suitable pushover procedures performed separately for each building, it emerges that masonry and reinforced concrete buildings are vulnerable to earthquake-induced structural pounding in the longitudinal direction. In particular, due to the geometric configuration of the school, a special case of impact between the reinforced concrete structure and two parts of the masonry building occurs. In order to evaluate the pounding-involved response of three adjacent structures, in this paper a numerical procedure is proposed, programmed using MATLAB software. Both a non-linear viscoelastic model to simulate impact and an elastic-perfectly plastic approximation of the storey shear force-drift relation are assumed, differently from many commercial softwares which admit just one non-linearity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.1-10
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1998
In the dynamic soil-structure interaction(SSI) analysis, numerous uncertain parameters are involved. They include the uncertainties in the definition of input motions, modeling of soil-structure interaction systems. analysis techniques, etc. This paper presents the results of parametric studies of the seismic responses of a reactor containment structure built on the viscoelastic layered soil. Among the numerous parameter, this study concentrates on the effects of definition point of the input motion, embedment of structure to the base soil, thickness of the top soil layer, and rigidity of the base soil. The substructure method using frequency independent impedances is adopted. The method is based on the mode superposition method in time domain using the composite modal damping values of th SSI system computed from the ratio of dissipated energy to the strain energy for each model. From the study results, the sensitivity of each parameter on the earthquake responses has been suggested for the practical application of the substructure method of SSI analysis.
The work researched the application of artificial intelligence to the design and analysis of advanced nanoplates, with a particular emphasis on size and surface effects. Employing an integrated theoretical framework, this study developed a more accurate model of complex nanoplate behavior. The following analysis considers nanoplates embedded in a Pasternak viscoelastic fractional foundation and represents the important step in understanding how nanoscale structures may respond under dynamic loads. Surface effects, significant for nanoscale, are included through the Gurtin-Murdoch theory in order to better describe the influence of surface stresses on the overall behavior of nanoplates. In the present analysis, the modified couple stress theory is utilized to capture the size-dependent behavior of nanoplates, while the Kelvin-Voigt model has been incorporated to realistically simulate the structural damping and energy dissipation. This paper will take a holistic approach in using sinusoidal shear deformation theory for the accurate replication of complex interactions within the nano-structure system. Addressing different aspectsof the dynamic behavior by considering the length scale parameter of the material, this work aims at establishing which one of the factors imposes the most influence on the nanostructure response. Besides, the surface stresses that become increasingly critical in nanoscale dimensions are considered in depth. AI algorithms subsequently improve the prediction of the mechanical response by incorporating other phenomena, including surface energy, material inhomogeneity, and size-dependent properties. In these AI- enhanced solutions, the improvement of precision becomes considerable compared to the classical solution methods and hence offers new insights into the mechanical performance of nanoplates when applied in nanotechnology and materials science.
Kim, Jin Kyu;Yoo, Sai Rom;Lee, Il Yong;Kim, Doo Man
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.7
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pp.905-912
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2013
Rubber is one of the most commonly used materials in various fields because of its unique viscoelastic properties. Friction occurs when a tire constantly makes contact with the ground. As a result, friction causes wear. The frictional energy caused by friction is a primary factor in the wear mechanism. The frictional energy is affected by various conditions (temperature, roughness of ground, shape of rubber, load, and materials). In this study, the analysis was preceded by considering the vertical load and the horizontal velocity to the rubber using ABAQUS/explicit. The contact pressure, and friction energy are derived using the shear force and slip distance. The actual behavior of the rubber test data were compared with the analysis results.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.9
no.1
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pp.59-69
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2001
The rotor blade is modeled using a composite box beam with arbitrary wall. The active constrained damping layers are bonded to the upper and lower surfaces of the box beam to provide active and passive damping. A finite element model, based on a hybrid displacement theory, is used in the structural analysis. The theory is capable of accurately capturing the transverse shear effects in the composite primary structure, the viscoelastic and the piezoelectric layers within the ACLs. A reduced order model is derived based on the Hankel singular value. A linear quadratic Gaussian (LQG) controller is designed based on the reduced order model and the available measurement output. However, the LQG control system fails to stabilize the perturbed system although it shows good control performance at the nominal operating condition. To improve the robust stability of LQG controller, the loop transfer recovery (LTR) method is applied. Numerical results show that the proposed controller significantly improves rotor aeromechanical stability and suppresses rotor response over large variations in rotating speed by increasing lead-lag modal damping in the coupled rotor-body system.
Park, Kook-Jin;Kang, Hee-Jin;Shin, Sangjoon;Choi, Ik-Hyun;Kim, Minki;Kim, Seung-Jo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.927-936
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2014
This paper presents development and verification of the progressive failure analysis upon the composite laminates. Strength and stiffness of the fiber-reinforced composite are analyzed by property degradation approach with emphasis on the material nonlinearity and continuum damage mechanics (CDM). Longitudinal and transverse tensile modes derived from Hashin's failure criterion are used to predict the thresholds for damage initiation and growth. The modified Newton-Raphson iterative procedure is implemented for determining nonlinear elastic and viscoelastic constitutive relations. Laminar properties of the composite are obtained by experiments. Prediction on the un-notched tensile (UNT) specimen is performed under the laminate level. Stress-strain curves and strength results are compared with the experimental measurement. It is concluded that the present nonlinear CDM approach is capable of predicting the strength and stiffness more accurately than the corresponding linear CDM one does.
The purpose of this study was to investigate the change of tooth mobility and bite force according to periodontal disease severity. Tooth mobility and biting force due to change of viscoelastic property of periodontium were influenced by inflammation of periodontal tissue. 30 patients participated in this study, the periodontal disease severity is evaluated with SBI and attachment loss. SBI and attachment loss were examined by periodontal probe. Tooth mobility was tested two times to each tooth using periotest (Siemens Co, Germany) and bite force was evaluated with MPM-3000 (Nihon Kohden Co, Japan). Statistical analysis was applied to correlation ($r^2$) and regression analysis. The obtained results were as follows : 1. As the attachment loss increased, tooth mobility increased with significance, and they had highly positive correlation ($r^2=0.68$) on entire dentition. 2. As the SBI increased, tooth mobility increased with significance, and they had positive correlation ($r^2=0.37$) on entire dentition. 3. As the attachment loss increased, bite force decreased with significance, and they had highly negative correlation ($r^2=0.42$) on maxillary anterior dentition but low negative correlation ($r^2=0.20$) on the other portion of dentition. 4. As the SBI increased, bite force decreased with significance, and they had highly negative correlation ($r^2=0.31$) on maxillary anterior dentition but low negative correlation ($r^2=0.16$) on the other portion of dentition. 5. As tooth mobility increased, bite force decreased with significance, and they had highly negative correlation ($r^2=0.32$) on maxillary anterior dentition but low negative correlation ($r^2=0.16$) on the other portion of dentition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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