Chenari, Reza Jamshidi;Fatahi, Behzad;Ghoreishi, Malahat;Taleb, Ali
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.1
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pp.31-45
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2019
In this study the spatial variability of soils is substantiated physically and numerically by using random field theory. Heterogeneous samples are fabricated by combining nine homogeneous soil clusters that are assumed to be elements of an adopted random field. Homogeneous soils are prepared by mixing different percentages of kaolin and bentonite at water contents equivalent to their respective liquid limits. Comprehensive characteristic laboratory tests were carried out before embarking on direct shear experiments to deduce the basic correlations and properties of nine homogeneous soil clusters that serve to reconstitute the heterogeneous samples. The tests consist of Atterberg limits, and Oedometric and unconfined compression tests. The undrained shear strength of nine soil clusters were measured by the unconfined compression test data, and then correlations were made between the water content and the strength and stiffness of soil samples with different consistency limits. The direct shear strength of heterogeneous samples of different stochastic properties was then evaluated by physical and numerical modelling using FISH code programming in finite difference software of $FLAC^{3D}$. The results of the experimental and stochastic numerical analyses were then compared. The deviation of numerical simulations from direct shear load-displacement profiles taken from different sources were discussed, potential sources of error was introduced and elaborated. This study was primarily to explain the mathematical and physical procedures of sample preparation in stochastic soil mechanics. It can be extended to different problems and applications in geotechnical engineering discipline to take in to account the variability of strength and deformation parameters.
Alevizakos, Vasilios;Mosch, Richard;Mitov, Gergo;Othman, Ahmed;See, Constantin von
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.13
no.3
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pp.152-159
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2021
Purpose. The aim of this study was to investigate to what extent cyclic load affects the screwless implant-abutment connection for Morse taper dental implants. Materials and Methods. 16 implants (SICvantage max) and 16 abutments (Swiss Cross) were used. The screwless implant-abutment connection was subjected to 10,000 cycles of axial loading with a maximum force of 120 N. For the pull-off testing, before and after the same cyclic loading, the required force for disconnecting the remaining 6 implant-abutment connections was measured. The surface of 10 abutments was examined using a scanning electron microscope 120× before and after loading. Results. The pull-off test showed a significant decrease in the vertical force required to pull the abutment from the implant with mean 229.39 N ± 18.23 before loading, and 204.30 N ± 13.51 after loading (P<.01). Apart from the appearance of polished surface areas and slight signs of wear, no visible damages were found on the abutments. Conclusion. The deformation on the polished abutment surface might represent the result of micro movements within the implant-abutment connection during loading. Although there was a decrease of the pull-off force values after cyclic loading, this might not have a notable effect on the clinical performance.
In the present study, a Zr-based amorphous alloy matrix composite reinforced with tungsten porous foam was fabricated without pores or defects by liquid pressing process, and its microstructures and mechanical properties were investigated. About 69 vol.% of tungsten foam was homogeneously distributed inside the amorphous matrix, although the matrix of the composite contained a small amount of crystalline phases. The compressive test results indicate that the composite was not fractured at one time after reaching the maximum compressive strength, but showed considerable plastic strain as the compressive load was sustained by tungsten foam. The tungsten foam greatly improved the strength (2764 MPa) and ductility (39.4%) of the composite by homogeneously dispersing the stress applied to the matrix. This was because the tungsten foam and matrix were simultaneously deformed without showing anisotropic deformation due to the excellent bonding of tungsten/matrix interfaces. These findings suggest that the liquid pressing process is useful for the development of amorphous matrix composites with improved strength and ductility.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Jeon, Bub-Gyu;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.1
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pp.112-119
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2021
The failure mode of piping systems due to seismic loads is the low-cycle fatigue failure with ratcheting, and it was found that the element in which nonlinear behavior is concentrated and damage occurs is the elbow. In this study, to quantitatively express the failure criteria for a pipe elbow of SCH40 3-inch carbon steel under low-cycle fatigue, the limit state was defined as leakage, and the in-plane cyclic loading test was conducted. For the carbon steel pipe elbow, which is the vulnerable part to seismic load of piping systems, the damage index was represented using the moment-deformation angle relationship, and it was compared and analyzed with the damage index calculated using the force-displacement relationship. An attempt was made to quantitatively express the limit state of the carbon steel pipe elbow involving leakage using the damage index, which was based on the dissipated energy caused by repeated external forces.
In the general manufacturing sector, prototyping used to reduce the risks that can arise with new conceptual products. However, in AEC area, it does not mass-produce a building, so the prototype itself becomes a building. Therefore, it is challenging to have prototyping of the same scale as the real thing, and the prototyping process in architecture is very inefficient. The prototyping process in the design stage typically assumes making a scaled model, partial model, or digital model. However, it is difficult for these models to correspond to the actual building and the environment of time and space such as scale, material, environment, load, physical properties and deformation, corrosion, etc., unlike the actual building. When using the digital twin concept in the prototyping process, it is possible to measure performance from the design stage to the operation stage. The digital twin was found by a method for monitoring based on physical twins and real-time linkage in the operation stage. Therefore, if the digital twin concept is applied at the design stage, it is possible to predict performance using not only current performance but also history information using real-time information. In order to apply the digital twin concept to the prototyping design process, we analyze the theoretical considerations and the prototyping design process of the digital twin, analyze the cases and research results where the prototyping design was applied, Provide an applied prototyping design process. The proposed process is tested through a pilot project and analyzed for potential use.
Ji, Seungmin;Ham, Seok Woo;Choi, Jin Kyung;Cheon, Seong S.
Composites Research
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v.34
no.6
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pp.394-399
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2021
Piecewise Integrated Composite (PIC) is a new concept to design composite structures of multiple stacking angles both for in-plane direction and through the thickness direction in order to improve stiffness and strength. In the present study, PIC beam was suggested based on 3D training data instead of 2D data, which did offer a limited behavior of beam characteristics, with enhancing the stiffness accompanied by reduced tip deformation. Generally training data were observed from the designated reference finite elements, and preliminary FE analysis was conducted with respect to regularly distributed reference elements. Also triaxiality values for each element were obtained in order to categorize the loading state, i.e. tensile, compressive or shear. The main FE analysis was conducted to predict the mechanical characteristics of the PIC beam.
One of the major applications of REBCO coated conductor (CC) tapes is in superconducting magnets or coils that are designed for high magnet fields. For such applications, the CC tapes were exposed to a high level of stresses which includes uniaxial tensile or transverse compressive stresses resulting from a large magnetic field. Thus, CC tapes should endure such mechanical load or deformation that can influence their electromechanical performance during manufacturing, cool-down, and operation. It has been reported that the main cause of critical current (Ic) degradation in CC tapes utilized in coil windings for superconducting magnets was the delamination due to transversely applied stresses. In most high-magnetic-field applications, the operating limits of the CC tapes will likely be imposed by the electromechanical properties together with its Ic dependence on temperature and magnetic field. In this study, we examined the influence of the transverse compressive stress on the Ic degradation behaviors in various commercially available CC tapes which is important for magnet design Four differently processed REBCO CC tapes were adopted to examine their Ic degradation behaviors under transverse compression using an anvil test method and a newly developed instantaneous Ic measurement system. As a result, all REBCO CC tapes adopted showed robustness against transverse compressive stresses for REBCO coils, notably at transverse compressive stresses until 250 MPa. When the applied stress further increased, different Ic degradation behaviors were observed depending on the sample. Among them, the one that was fabricated by the IBAD/MOCVD process showed the highest compressive stress tolerance.
Kalgutkar, Akshay Prakash;Banerjee, Sauvik;Rajanna, T.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.427-446
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2022
Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (ds/bs) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.
Similar to other structures, ultimate strength values showing the maximum load that the structure can resist without damaging has great importance on ships. Therefore, increasing the ultimate strength values will be an important benefit for the structure. Low carbon steels used in ships due to their low cost and good weldability. Improving the ultimate strength values without interfering with the chemical composition to prevent of the weldability properties of these steels would be very beneficial for ships. Grain refinement via severe plastic deformation (SPD) is an essential strengthening mechanism without changing the chemical composition of metallic materials. Among SPD methods, equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most commonly used one due to its capacity for achieving bulk ultrafine-grained (UFG) materials. When the literature is examined, it is seen that there is no study about ultimate strength calculation in ships after ECAP. Therefore, the mean purpose of this study is to apply ECAP to a shipbuilding low carbon steel to be able to achieve mechanical properties and investigate the alteration of ship hull girder grillage system's ultimate strength via finite element analysis approach. A fine-grained (FG) microstructure with a mean grain size of 6 ㎛ (initial grain size was 25 ㎛) was after ECAP. This microstructural evolution brought about a considerable increase in strength values. Both yield and tensile strength values increased from 280 MPa and 425 MPa to about 420 MPa and 785 MPa, respectively. This improvement in the strength values reflected a finite element method to determine the ultimate strength of ship hull girder grillage system. As a result of calculations, it was reached significantly higher ultimate strength values (237,876 MPa) compared the non-processed situation (192,986 MPa) on ship hull girder grillage system.
Junwoo, Choi;Bohyun, Hwang;Byungkyu, Kim;Dong-yeon, Kim;Hyun-guk, Kim
Journal of Aerospace System Engineering
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v.16
no.6
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pp.123-128
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2022
This paper proposes a non-explosive separation device for the deployable SAR antenna. This device utilises a Ni-Cr wire to restrain the antenna's belt mechanism, and joule-heating is used to minimise the impact of deployment. After the Ni-Cr wire has been cut, the device is deployed through the preload of the belt mechanism. Considering the design load(99g) and preload conditions, FEM analysis for AL7050 and Ti was performed. This analysis revealed that the amount of deformation for AL7050 was 0.256 mm with a margin of +0.09. In addition, by performing orbital thermal analysis, the temperature distribution for AL7050 in the worst cold case is confirmed as -50 to +2℃ and -10 to +90℃ in the worst hot case. This analysis confirmed that the separation device would remain stable even in the worst environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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