This paper discusses the applicability of Acoustic Emission (AE) to assess the damage in reinforced concrete (RC) structures subjected to complex dynamic loadings such as those induced by earthquakes. The AE signals recorded during this type of event can be complicated due to the arbitrary and random nature of seismicity and the fact that the signals are highly contaminated by many spurious sources of noise. This paper demonstrates that by properly filtering the AE signals, a very good correlation can be found between AE and damage on the RC structure. The basic experimental data used for this research are the results of fourteen seismic simulations conducted with a shake table on an RC slab supported on four steel columns. The AE signals were recorded by several low-frequency piezoelectric sensors located on the bottom surface of the slab. The evolution of damage under increasing values of peak acceleration applied to the shake table was monitored in terms of AE and dissipated plastic strain energy. A strong correlation was found between the energy dissipated by the concrete through plastic deformations and the AE energy calculated after properly filtering the signals. For this reason, a procedure is proposed to analyze the AE measured in a RC structure during a seismic event so that it can be used for damage assessment.
Dynamic response of axisymmetric arbitrary laminated composite cylindrical shell of finite length, using three-dimensional elasticity equations are studied. The shell is simply supported at both ends. The highly coupled partial differential equations are reduced to ordinary differential equations (ODE) with variable coefficients by means of trigonometric function expansion in axial direction. For cylindrical shell under dynamic load, the resulting differential equations are solved by Galerkin finite element method, In this solution, the continuity conditions between any two layer is satisfied. It is found that the difference between elasticity solution (ES) and higher order shear deformation theory (HSD) become higher for a symmetric laminations than their unsymmetric counterpart. That is due to the effect of bending-streching coupling. It is also found that due to the discontinuity of inplane stresses at the interface of the laminate, the slope of transverse normal and shear stresses aren't continuous across the interface. For free vibration analysis, through dividing each layer into thin laminas, the variable coefficients in ODE become constants and the resulting equations can be solved exactly. It is shown that the natural frequency of symmetric angle-ply are generally higher than their antisymmetric counterpart. Also the results are in good agreement with similar results found in literatures.
In this paper optimization of volume fraction distribution in a thick hollow cylinder with finite length made of two-dimensional functionally graded material (2D-FGM) and subjected to steady state thermal and mechanical loadings is considered. The finite element method with graded material properties within each element (graded finite elements) is used to model the structure. Volume fractions of constituent materials on a finite number of design points are taken as design variables and the volume fractions at any arbitrary point in the cylinder are obtained via cubic spline interpolation functions. The objective function selected as having the normalized effective stress equal to one at all points that leads to a uniform stress distribution in the structure. Genetic Algorithm jointed with interior penalty-function method for implementing constraints is effectively employed to find the global solution of the optimization problem. Obtained results indicates that by using the uniform distribution of normalized effective stress as objective function, considerably more efficient usage of materials can be achieved compared with the power law volume fraction distribution. Also considering uniform distribution of safety factor as design criteria instead of minimizing peak effective stress affects remarkably the optimum volume fractions.
The finite element method based on the total Lagrangian description of the motion and the Hellinger-Reissner principle with independent strain is applied to investigate the nonlinear behavior and vibration characteristics for patched reinforced laminated spherical panels. The patched elements are formulated using variable thickness at arbitrary point on the reference plane. The cylindrical arc-length method is adopted to obtain a nonlinear solution. The post-buckled vibration is assumed to be small amplitude. The effect of patch in the spherical shell Panel is investigated on the nonlinear response and the fundamental vibration characteristics. The present results show that the load-carrying capability can be improved by reinforcing patch. The fundamental frequency of patched panel is lower than that of equivalent shell panel. However, the fundamental frequency of patched panel does not decrease greatly due to the increase of nonlinear geometrical stiffness under loading.
In this paper a boundary element method is developed for the general flexural-torsional buckling analysis of Timoshenko beams of arbitrarily shaped cross section. The beam is subjected to a compressive centrally applied concentrated axial load together with arbitrarily axial, transverse and torsional distributed loading, while its edges are restrained by the most general linear boundary conditions. The resulting boundary value problem, described by three coupled ordinary differential equations, is solved employing a boundary integral equation approach. All basic equations are formulated with respect to the principal shear axes coordinate system, which does not coincide with the principal bending one in a nonsymmetric cross section. To account for shear deformations, the concept of shear deformation coefficients is used. Six coupled boundary value problems are formulated with respect to the transverse displacements, to the angle of twist, to the primary warping function and to two stress functions and solved using the Analog Equation Method, a BEM based method. Several beams are analysed to illustrate the method and demonstrate its efficiency and wherever possible its accuracy. The range of applicability of the thin-walled theory and the significant influence of the boundary conditions and the shear deformation effect on the buckling load are investigated through examples with great practical interest.
The current study presents a new technique in the framework of the nonlocal elasticity theory for a comprehensive buckling analysis of Euler-Bernoulli nano-beams made up of bidirectional functionally graded material (BDFGM). The mechanical properties are considered by exponential and arbitrary variations for axial and transverse directions, respectively. The various circumstances including tapering, resting on two-parameter elastic foundation, step-wise or continuous variations of axial loading, various shapes of sections with various distribution laws of mechanical properties and various boundary conditions like the multi-span beams are taken into account. As far as we know, for the first time in the current work, the buckling analyses of BDFGM nano-beams are carried out under mentioned circumstances. The critical buckling loads and mode shapes are calculated by using energy method and a new technique based on calculus of variations and collocation method. Fast convergence and excellent agreement with the known data in literature, wherever possible, presents the efficiency of proposed technique. The effects of boundary conditions, material and taper constants, foundation moduli, variable axial compression and small-scale of nano-beam on the buckling loads and mode shapes are investigated. Moreover the analytical solutions, for the simpler cases are provided in appendices.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.75-78
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2002
A simplified methodology is presented to predict fatigue life and residual strength of composite structures. To avoid excessive amount of tests that are required for model characterization, strength degradation parameter is assumed as function of fatigue life. S-N curve is used to extract fatigue life that is required to characterize the stress levels comprising a randomly-ordered load spectrum. And different stress ratios are handled with Goodman correction approach(fatigue envelope). It is assumed that the residual strength is a function of the number of loading cycles and applied fatigue stress amplitude. And the residual strength distribution after an arbitrary load cycles is represented by two parameter Weibull functions.
The conventional design of prestressed concrete box girder bridges has been based on the linear elastic analyses using simplified geometric models. To overcome the restriction involved in the simplifications, a macro element for the rational analysis of prestressed concrete box girder bridges with variable cross sections is incorporated in the present analysis. Through the adoption of nonlinear material models, the behaviour of prestressed box bridges up to ultimate loading stage can be examined. The time dependent material models included in the present macro element code enable to predict the long term behaviour of prestressed concrete box girder bridges. The proposed macro element code with the nonlinear material models and time dependent routines can be efficiently used for the realistic analysis of prestressed concrete box girder bridges with arbitrary shapes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.6
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pp.589-596
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2015
The occurrence of an inclined edge crack in transversely piezoelectric material is analyzed. Concentrated antiplane mechanical and inplane electrical loads are applied at the boundary and crack surface, respectively. The crack surfaces are assumed to be impermeable to the electric field. Using the Mellin transform with the introduction of a generalized displacement vector, the problem is formulated, and the Wiener-Hopf equation is derived. By solving the equation, the solution is obtained in a closed form. The intensity factors of the stress, the electric displacement, and the energy release rate are obtained for any crack length and inclination angle. These solutions can be used as fundamental solutions and can be superimposed to represent any arbitrary electromechanical loading.
Undesired vibratory motion of a simply supported plate is controlled with piezoelectric sensors and actuators. Appropriate dynamic equations of the sensor and actuator are derived and coupled with the dynamic equation of the plate for the construction of an active feedback vibration control system. Analytic solutions are obtained for amplitude response of the plate, reflecting the combined effect of external driving forces and piezoelectric control moments. Numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of this approach for two types of external forces, i.e. a concentrated point load and a piezoelectric plate driver. Calculation results show that the sensors and actuators can be efficient tools to mitigate the sensitivity of the structure to external sources of vibration. The method investigated in this work is applicable to arbitrary external loading conditions and control algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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