Magneto-rheological elastomer (MR elastomer) is a smart material, because it has mechanical properties that change under a magnetic field. An MR elastomer changes its stiffness characteristics when the inner particles (iron particles) align along the direction of a magnetic field. There has been much research to make use of this characteristic to control vibration issues in various mechanical systems, such as for mounting systems in the automotive field, home appliances, etc. Furthermore, the friction and wear properties of MR elastomer have been studied, as these relate to the durability of the material needed to meet engineering requirements. Rolling friction (or rolling resistance) is one of these friction properties, but has not yet been studied in the context of MR elastomers. In this study, an MR elastomer is fabricated in the shape of a hollow cylinder to evaluate the rolling friction characteristic under a magnetic field. The test apparatus is setup and a strain gauge is used to calculate the rolling resistance under test conditions. Permanent magnets are used to supply the magnetic field during tests. The load and rolling speed conditions are also considered for the tests. The test results show that rolling friction characteristic has a different trend under different magnetic field, load, and rolling speed conditions. It is assumed that the stiffness change of an MR elastomer under a magnetic field has an effect on the rolling friction characteristic of the MR elastomer. For the future work, the rolling friction characteristics of MR elastomers will be controlled by adjusting the strength of the magnetic field using electromagnets.
The flexural strength of composite HSB hybrid I-girders under positive moment is investigated by the moment-curvature analysis method to evaluate the applicability of the current AASHTO LRFD design specification to such girders. The hybrid girders are assumed to have the top flange and the web fabricated from HSB600 steel and the bottom flange made of HSB800 steel. More than 6,200-composite I-girder sections that satisfy the section proportion limits of AASHTOL RFD specifications are generatedby the random sampling technique to consider a statistically meaningful wide range of section properties. The flexural capacities of the sections are calculated by the nonlinear moment-curvature analysis in which the HSB600 and HSB800 steels are modeled as an elastoplastic, strain-hardening material and the concrete as CEB-FIP model. The effects of ductility ratio and compressive strength of concrete slab on the flexural strength of composite hybrid girders make of HSB steels are analyzed. Numerical results indicated that the current AASHTO-LRFD equation can be used to calculate the flexural strength of composite hybrid girders fabricated from HSB steel.
A probabilistic construction stage analysis using the Monte Carlo Simulation was performed to address the effects of uncertainty regarding the material properties, environmental factors, and applied forces. In the previous research, creep and shrinkage were assumed to be completely independent random variables. However, because of the common influencing factors in the material models for the creep and shrinkage estimation, strong correlation between creep and shrinkage can be presumed. In this paper, an Monte Carlo Simulation using CEB-FIB creep and shrinkage equations were performed to actually evaluate the correlation coefficient between two phenomena, and then another Monte Carlo Simulation to evaluate the statistical properties of axial strain affected by partially correlated random variables including the material properties, environmental factors, and applied forces. The results of Monte Carlo Simulation were compared with measured strains of a column on a first story in a 58-story building. Comparison indicated that the variation due to the uncertainty related with the material properties were most severe. And measured strains was within the range of mean+standard deviation.
Park, Sung Zae;Jung, Du Hwoe;Jeong, Gyeong Hwan;Lee, Kyeong Joon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1243-1251
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1994
The implicit finite difference program was developed to evaluate the relationship between time and consolidation ratio within the zone of vertical drain effective radius. In the evaluation, the excess pore water pressure was considered to dissipate in two directions, namely, vertical and radial flow direction. To calculate subsoil stress increments in the soil due to multi-step embanking, the foundation soil was assumed to be an isotropic and homogeneous elastic medium and the initial excess pore water pressure was estimated by using Skempton's parameters whose condition is plane strain and elastic phase of pore pressure response within the soft ground. Regarding to the settlement estimation, immediate and primary consolidation settlements were calculated. The secondary or delayed consolidation settlement was not considered. Numerically calculated excess pore water pressure and settlements were similar to the measured data in situ. Thus, this method can be used to predict the time-consolidation ratio of each layer treated by vertical drain method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.399-409
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2012
The flexural behavior of HSB plate girder with a non-slender web, due to inelastic lateral-torsional buckling, under uniform bending was investigated by the nonlinear finite element analysis. Both homogeneous sections fabricated from SM570-TMC, HSB600 or HSB800 steel and hybrid sections with HSB800 flanges and SM570-TMC web were considered. The flanges and web of selected noncomposite I-girders were modeled as thin shell elements and the geometrical and material nonlinear finite element analysis was performed by the ABAQUS program. The steel was assumed as an elasto-plastic strain hardening material. Initial imperfections and residual stresses were taken into account and their effects on the inelastic lateral-torsional buckling behavior were analyzed. The flexural strengths of selected sections obtained by the finite element analysis were compared with the nominal flexural strengths from KHBDC LSD, AASHTO LRFD, and Eurocode and the applicability of these codes in predicting the inelastic lateral torsional buckling strength of HSB plate girders with a non-slender web was assessed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.684-695
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1992
The present study is concerned with the analysis of three-dimensional sheet metal forming process by the upper-bound method. For the analysis a systematic approach is necessary for the expression of geometric configuration of the deforming workpiece. In the present paper geometric configuration is constructed by three unit surfaces which are defined by sweeping the vertical section curves and boundary curve. The principal components of strain increment during the process is calculated directly from the change of geometric configuration for an arbitrary triangular element. The corresponding solution is found through optimization of the total energy consumption with respect to some parameters assumed in the velocity field and geometric profile. In order to verify the effectiveness of the present method, hydrostatic bulging of a rectangular disphragm is analyzed and the computation by the present method for the geometric shape renders the good result. From the comparison of the present results with the existing experimental results and elastic-plastic finite element solutions, good agreements have been obtained for the pressure curves, polar membrane strains and pressure distributions. The present method can thus be further applied to the analysis of other three-dimensional sheet metal forming processes.
This paper presents structural assessment of a steel railway bridge for current condition using modal parameter to upgrade finite element modeling in order to gather accurate result. An adequate monitoring, such as acceleration, displacement, strain monitoring, is important tool to understand behavior and to assess structural performance of the structure under surround vibration by means of the dynamic analysis. Evaluation of conditions of an existing steel railway bridge consist of 4 decks, three of them are 14 m, one of them is 9.7 m, was performed with a numerical analysis and a series of dynamic tests. Numerical analysis was performed implementing finite element model of the bridge using SAP2000 software. Dynamic tests were performed by collecting acceleration data caused by surrounding vibrations and dynamic analysis is performed by Operational Modal Analysis (OMA) using collected acceleration data. The acceleration response of the steel bridge is assumed to be governing response quantity for structural assessment and provide valuable information about the current statute of the structure. Modal identification determined based on response of the structure play significant role for upgrading finite element model of the structure and helping structural evaluation. Numerical and experimental dynamic properties are compared and finite element model of the bridge is updated by changing of material properties to reduce the differences between the results. In this paper, an existing steel railway bridge with four spans is evaluated by finite element model improved using operational modal analysis. Structural analysis performed for the bridge both for original and calibrated models, and results are compared. It is demonstrated that differences in natural frequencies are reduced between 0.2% to 5% by calibrating finite element modeling and stiffness properties.
The purpose of this study is to evaluate the structural safety at the topside weldment of hull structure, which was welded after launching. For it, the variations of residual stress and distortion at the topside weldment with loading conditions such as hull girder hogging bending moment after launching and free initial loading state was evaluated by using FEA. And the maximum stress range at the weldment under design loads specified by classification society was evaluated by FEA. In this case, the residual stress and welding distortion at the topside weldment was assumed to be initial imperfection. In accordance with FEA results, regardless of initial loading condition, tensile residual stress was found. However, the residual stress and welding distortion at the topside weldment produced under hogging condition was less than those of topside weldment under free loading state. That is, the amount of residual stress at the topside weldment decreased with an increase in the amount of tension load caused by hogging condition. It was because the compressive thermal strain at the topside weldment produced during welding was reduced by tensile load. However, the maximum stress range at the topside weldment under maximum hull girder bending moment was almost similar regardless of initial loading condition. So, if the problem related to the soundness of weldment is not introduced by initial load, the effect of initial loading condition during welding on fatigue strength of topside weldment could be negligible.
The flexural behavior of composite HSB600 and HSB800 I-girders under a positive moment was investigated using the material non-linear moment-curvature analysis method. Three representative composite sections with different ductility properties were selected as the baseline sections in this study. Using these baseline sections, the moment-curvature program was verified by comparing the flexural strength and the moment-curvature curve obtained from the program with those obtained using the non-linear FE analysis of ABAQUS. In the FE analysis, the composite girders were modeled three-dimensionally with flanges, the web, and the concrete slab as thin shell elements, and initial imperfections and residual stresses were imposed on the FE model. In the moment-curvature and FE analyses, the 28-day compressive strength of the concrete slab was assumed to be 30-50 MPa, and the HSB600 and HSB800 steels were modeled as elasto-plastic strain-hardening materials, with the concrete as the CEB-FIP model. The effects of the ductility ratio of the composite girder, the type of steel, the compressive strength of the concrete deck, and the location of the plastic neutral axis on the flexural characteristics were analyzed.
Kolsek, Jerneja;Hozjan, Tomaz;Kroflic, Ales;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.16
no.6
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pp.559-576
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2014
A new mathematical model and its finite element formulation for the non-linear stress-strain analysis of a planar beam strengthened with plates bolted or adhesively bonded to its lateral sides is presented. The connection between the layers is considered to be flexible in both the longitudinal and the transversal direction. The following assumptions are also adopted in the model: for each layer (i.e., the beam and the side plates) the geometrically linear and materially non-linear Bernoulli's beam theory is assumed, all of the layers are made of different homogeneous non-linear materials, the debonding of the beam from the side-plates due to, for example, a local buckling of the side plate, is prevented. The suitability of the theory is verified by the comparison of the present numerical results with experimental and numerical results from literature. The mechanical response arising from the theoretical model and its numerical formulation has been found realistic and the numerical model has been proven to be reliable and computationally effective. Finally, the present formulation is employed in the analysis of the effects of two different realizations of strengthening of a characteristic simply supported flexural beam (plates on the sides of the beam versus the tension-face plates). The analysis reveals that side plates efficiently enhance the bearing capacity of the flexural beam and can, in some cases, outperform the tensile-face plates in a lower loss of ductility, especially, if the connection between the beam and the side plates is sufficiently stiff.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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