Concrete pavements are subjected to traffic and environmental loadings. Repetitive type of such loading cause fatigue distress which leads to failure by forming cracks in pavement. Fatigue life of concrete pavement is calculated from the stress ratio (i.e. the ratio of applied flexural stress to the flexural strength of concrete). For the correct estimation of fatigue life, it is necessary to determine the maximum flexural tensile stress developed for practical loading conditions. Portland cement association PCA (1984) and Indian road congress IRC 58 (2015) has given charts and tables to determine maximum edge stresses for particular loading and subgrade conditions. It is difficult to determine maximum stresses for intermediate loading and subgrade conditions. The main purpose of this study is to simplify the analysis of rigid pavement without compromising the accuracy. Equations proposed for determination of maximum flexural tensile stress of pavement are verified by finite element analysis.
Optimal design of functionally graded plates is investigated considering stress and critical temperature. Material properties are assumed to be temperature dependent and varied continuously in the thickness direction. The effective material properties are obtained by applying linear rule of mixtures. The 3-D finite element model is adopted using an 18-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties and temperature field in the thickness direction. For stress analysis, the tensile stress ratio and compressive stress ratio of the structure under mechanical load are investigated. In the thermo-mechanical buckling analysis, temperature at each node is obtained by solving the steady-state heat transfer problem and Newton-Raphson method is used for material nonlinear analysis. Finally, the optimal design of FGM plates is studied for stress reduction and improving thermo-mechanical buckling behavior, simultaneously.
This article deals with the buckling behaviour of multilayered magneto-electro-elastic (MEE) plate subjected to uniaxial and biaxial compressive (in-plane) loads. The constitutive equations of MEE material are used to derive a finite element (FE) formulation involving the coupling between electric, magnetic and elastic fields. The displacement field corresponding to first order shear deformation theory (FSDT) has been employed. The in-plane stress distribution within the MEE plate existing due to the enacted force is considered to be equivalent to the applied in-plane compressive load in the pre-buckling range. The same stress distribution is used to derive the potential energy functional. The non-dimensional critical buckling load is accomplished from the solution of allied linear eigenvalue problem. Influence of stacking sequence, span to thickness ratio, aspect ratio, load factor and boundary condition on critical buckling load and their corresponding mode shape is investigated. In addition, static deflection of MEE plate under the sinusoidal and the uniformly distributed load has been studied for different stacking sequences and boundary conditions.
In a view point of earth environmental protection and social requirement, adhesively bonded structures of aluminum alloys have become to be employed for the purpose of decreasing fuel ratio by weight reduction and to improve performance in various engineering fields such as aircrafts, automobiles, rolling stocks and so on. In spite of such wide applications in adhesively bonded structures of aluminum alloys, the quantitative fracture criterion and evolution method of its bonded strength have not been established yet. The objective of this paper is to establish fracture criterion considering stress singularity at interface edges in adhesively bonded structures of aluminum alloys. Through the analyses of boundary element method and static fracture experiments with three different types of specimens in the adhesively bonded joints of aluminum alloys, its fracture criterion was proposed and discussed about strength evolution of adhesively bonded structures.
Serror, Mohammed H.;Hamed, Ahmed N.;Mourad, Sherif A.
Steel and Composite Structures
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제22권6호
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pp.1417-1443
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2016
Cellular and castellated steel beams are used to obtain higher stiffness and bending capacity using the same weight of steel. In addition, the beam openings may be used as a pass for different mechanical fixtures such as ducts and pipes. The aim of this study is to investigate the effect of different parameters on both elastic and inelastic critical buckling stresses of steel web plates with openings. These parameters are plate aspect ratio; opening shape (circular or rectangular); end distance to the first opening; opening spacing; opening size; plate slenderness ratio; steel grade; and initial web imperfection. The web/flange interaction has been simplified by web edge restraints representing simply supported boundary conditions. A numerical parametric study has been performed through linear and nonlinear finite element (FE) models, where the FE results have been verified against both experimental and numerical results in the literature. The web plates are subject to in-plane linearly varying compression with different loading patterns, ranging from uniform compression to pure bending. A buckling stress modification factor (${\beta}$-factor) has been introduced as a ratio of buckling stress of web plate with openings to buckling stress of the corresponding solid web plate. The variation of ${\beta}$-factor against the aforementioned parameters has been reported. Furthermore, the critical plate slenderness ratio separating elastic buckling and yielding has been identified and discussed for two steel grades of DIN-17100, namely: ST-37/2 and ST-52/3. The FE results revealed that the minimum ${\beta}$-factor is 0.9 for web plates under uniform compression and 0.7 for those under both compression and tension.
This paper has the object of investigating natural frequencies of tapered thick plate on Pasternak foundation by means of finite element method and providing kinetic design data for mat of building structures. Vibration analysis for tapered thick plate subjected to in-plane stress is presented in this paper. Finite element analysis of rectangular plate is done by use of rectangular finite element with 8-nodes. Analysis conditions of tapered thick plate are as follows each. The ratio of in-plane stress to critical load is varied with $0.2\sigma_{cr}$, $0.4\sigma_{cr}$, $0.6\sigma_{cr}$. The Winkler parameter is 0, 10, 100, 1000, the shear foundation parameter is 0, 10 and the taper ratio is 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8.
Evaluation of the mechanical properties of Bi-2223/Ag HTS tapes was carried out by the tension and bending tests. Most of the Bi-2223/Ag tapes retained critical current up to 10 kgf/mm$_2$ axial tension stress, and 0.2% tension strain at room temperature. Applied tension strain exceeding 0.3% in superconducting tapes at 77 K leaded to rapid degradation of the critical current. It was observed that the more filaments, the better axial tension property at 77 K, self-field The influence of bending strain on critical current degradation was revealed to be less sensitive for Bi-2223/Ag HTS tapes with a more number of filaments and higher silver ratio.
This paper presents a rigorous solution for spherical cavity expansion in unsaturated soils under constant suction condition. The hydraulic behavior that describes the saturation-suction relationship is modeled by a void ratio-dependent soil-water characteristic curve, which allows the hydraulic behavior to fully couple with the mechanical behavior that is described by an extended critical state soil model for unsaturated soil through the specific volume. Considering the boundary condition and introducing an auxiliary coordinate, the problem is formulated to a system of first-order differential equations with three principal stress components and suction as basic unknowns, which is solved as an initial value problem. Parameter analyses are conducted to investigate the effects of suction and the overconsolidation ratio on the overall expansion responses, including the pressure-expansion response, the distribution of the stress components around the cavity, and the stress path of the soil during cavity expansion. The results reveal that the expansion pressures and the distribution of the stress components in unsaturated soils are generally higher than those in saturated soils due to the existence of suction.
In this study, limestone powder (LS) and fly ash (FA) were used as powder materials in self-compacting concrete (SCC) in increasing quantities in addition to cement, so that the two powders commonly used in the production of SCC could be compared in the same study. Considering the reduction of the maximum aggregate size in SCC, 10 mm or 16 mm was selected as the coarse aggregate size. The properties of fresh concrete were determined by slump flow (including T500 time), V-funnel and J-ring experiments. The experimental results showed that as the amount of both LS and FA increased, the slump flow also increased. The increase in powder material had a negative effect on V-funnel flow times, causing it to increase; however, the increase in FA concretes was smaller compared to LS ones. The increase in the powder content reduced the amount of blockage in the J-ring test for both aggregate sizes. As the hardened concrete properties, the compressive and splitting strengths as well as the modulus of elasticity were determined. Longitudinal and transverse deformations were measured by attaching a special frame to the cylindrical specimens and the values of Poisson's ratio, initiation and critical stresses were obtained. Despite having a similar W/C ratio, all SCC exhibited higher compressive strength than NVC. Compressive strength increased with increasing powder content for both LS and FA; however, the increase of the FA was higher than the LS due to the pozzolanic effect. SCC with a coarse aggregate size of 16 mm showed higher strength than 10 mm for both powders. Similarly, the modulus of elasticity increased with the amount of powder material. Inelastic properties, which are rarely found in the literature for SCC, were determined by measuring the initial and critical stresses. Crack formation in SCC begins under lower stresses (corresponding to lower initial stresses) than in normal concretes, while critical stresses indicate a more brittle behavior by taking higher values.
A finite element program for elastic stress wave propagation is developed in order to investigate the shape of stress field and analysis the magnitude of stress wave intensity at time increment. Accuracy and reliance of the finite element analysis are acquired when the element size is smaller than the product of the stress wave speed and the critical value of increasing time step. In the finite element analysis and theoretical solution, the longitudinal stress wave is propagated to the similar direction of impact load, and the stress wave intensity is expressed in terms of the ratio of propagated area. The direction of shear wave is declined at an angle of 45 degrees compared with longitudinal stress wave and the speed of shear wave is half of the longitudinal stress wave.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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