The main objective of this paper is to develop the finite element study on the nonlinear free vibration of functionally graded nanocomposite spherical shells reinforced with graphene platelets under the first-order shear deformation shell theory and von Kármán nonlinear kinematic relations. The governing equations are presented by introducing the full asymmetric nonlinear strain-displacement relations followed by the constitutive relations and energy functional. The extended Halpin-Tsai model is utilized to specify the overall Young's modulus of the nanocomposite. Then, the finite element formulation is derived and the quadrilateral 8-node shell element is implemented for finite element discretization. The nonlinear sets of dynamic equations are solved by the use of the harmonic balance technique and iterative method to find the nonlinear frequency response. Several numerical examples are represented to highlight the impact of involved factors on the large-amplitude vibration responses of nanocomposite spherical shells. One of the main findings is that for some geometrical and material parameters, the fundamental vibrational mode shape is asymmetric and the axisymmetric formulation cannot be appropriately employed to model the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite spherical shells.
Park, Chul-Soo;Kim, Eun-Jung;Oh, Sang-Hoon;Kim, Hak-Sung;Mok, Young-Jin
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1404-1414
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2008
In the mechanistic-empirical trackbed design of railways, the resilient modulus is the key input parameter. This study focused on the resilient modulus prediction model, which is the functions of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered soil, and crushed-rock soil mixture. The model is composed with the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain in parallel with dynamic shear modulus. The maximum values is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea was evaluated using a 3-D nonlinear elastic computer program (GEOTRACK) and compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains. The material types of sub-ballasts are crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements within the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values with the reasonable margin. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
Nylon 12 elastomer was slightly crosslinked in molten state by the addition of small amount of dicumyl peroxide (DCP) as a crosslink agent and triallycyanuate (TAC) as a co-agent during melt compounding at $160^{\circ}C$ in an internal mixer. The effect of the peroxide crosslinking on mechanical, dynamic mechanical and rheological properties of the nylon 12 elastomer was investigated by means of tensile testing, dynamic mechanical analysis (DMA) and small amplitude oscillating rheometer, respectively. With modification, there is an improvement in tensile modulus and Young's modulus with decease in elongation at break. DMA results for peroxide modified nylon 12 elastomers demonstrated that the glass transiaiton temperature of PTMG segment shifted to higher temperature and the storage modulus remained constant above the melting temperature of nylon 12 segments. Melt rheological studies revealed that the peroxide modified nylon 12 elastomer exhibited a more solid like behavior and stronger shear thinning behavior compared to neat nylon 12 elastomer, which was more prominent at higher TAC content in the polymer matrix. The peroxide modified nylon 12 elastomer exhibited good elastic recoverability and improved mechanical properties without sacrificing melt processibilty, and especially the service temperature range increased as compared to neat nylon 12 elastomer.
Park, Chul-Soo;Hwang, Seon-Keun;Choi, Chan-Yong;Mok, Young-Jin
Proceedings of the KSR Conference
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2008.11b
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pp.805-814
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2008
This study focused on the resilient modulus prediction model, which is the functions of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered soil, and crushed-rock soil mixture. The model is composed with the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain in parallel with dynamic shear modulus. The maximum values is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea was evaluated using a 3-D nonlinear elastic computer program (GEOTRACK) and compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains. The material types of sub-ballasts are crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements within the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values with the reasonable margin. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
Yong-Hoon Byun;Mi Jeong Seo;WooJin Han;Sang Yeob Kim;Jong-Sub Lee
Computers and Concrete
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v.31
no.4
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pp.359-370
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2023
Slime is produced by excavation during the installation of embedded piles, and it tends to mix with the cement paste injected into the pile shafts. The objective of this study is to investigate the strength and stiffness characteristics of cement pasteslime mixtures. Mixtures with different slime ratios are prepared and cured for 28 days. Uniaxial compression tests and elastic wave measurements are conducted to obtain the static and dynamic properties, respectively. The uniaxial compressive strengths and static elastic moduli of the mixtures are evaluated according to the curing period, slime ratio, and water-cement ratio. In addition, dynamic properties, e.g., the constrained, shear, and elastic moduli, are estimated from the compressional and shear wave velocities. The experimental results show that the static and dynamic properties increase under an increase in the curing period but decrease under an increase in the slime and water-cement ratios. The cement paste-slime mixtures show several exponential relationships between their static and dynamic properties, depending on the slime ratio. The bearing mechanisms of embedded piles can be better understood by examining the strength and stiffness characteristics of cement paste-slime mixtures.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.5
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pp.103-111
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2008
This study proposes a technique to estimate the material property of a paper by using an experimental methods and commercial CAE software. Under gravitation, if one side of the paper is attached to the ground, the opposite side of paper is largely deformed, and vibrates freely. Since the paper has an orthotropic characteristic due to its treatment, the deformations in two orthogonal directions of the dry paper are different. An experimental method to measure the static deformation of the paper introduces this phenomenon. And dynamic behavior, frequency of free vibration is measured. And then. virtual prototypes that can represent the static and dynamic behavior are modeled by using the commercial CAE software $RecurDyn^{MT}$/MTT3D, which has been widely used by the printer makers. While comparing the deformation and frequency from the experiment and simulation, a design optimization technique in the commercial CAE software of R-INOPL, $RecurDyn^{TM}$/AutoDesign is used to estimate the material property such as Young's modulus, shear modulus and density of the paper.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.846-853
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2006
In this study, quantitative sensitivity analysis on rockfill material influencing the dam crest displacement of Concrete-Faced Rockfill Dam(CFRD) was carried out. The purpose of this study is to indicate the most important input parameter and to show the quantitative variation of displacement at the crest of CFR type dam with this input parameter. The rockfill material properties for parametric study were obtained from the results of large scale triaxial tests on 34 rockfill materials in the 22 different sites. From the statistical analysis on these data, some statistical characteristics of rockfill material properties such as property range, distribution characteristics, and correlation between the properties were investigated. based on these characteristics, 27 property combinations were constituted by Latin Hypercube sampling method. Dam crest displacements after construction, impounding, and earthquake loading were evaluated by static and dynamic numerical analysis on each combination. From the sensitivity analysis, it was found that the crest displacement of CFR type dam was absolutely affected by the shear modulus of rockfill material and the effect of friction angle of it was negligible. This relative difference of sensitivity was more outstanding in case of crest settlement than in case of crest horizontal displacement. Also, it was found that the settlement and horizontal displacement of dam crest logarithmically decreased as the shear modulus increased and the difference between the maximum value and the minimum vale amounted to about 9.5 times in case of settlement and about 10 times in case of horizontal displacement.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.968-976
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2004
In the paper, deformation characteristics of fiber-mixed-soils, mixed polypropylene staple fibers of 0.3% fiber content with sands of various gradation, and their effectiveness of reinforcement were evaluated. A series of Resonant Column tests were performed with specimens prepared with varying Uniformity Coefficient and constant Curvature Coefficient. Maximum shear moduli 01 fiber-mixed-soils were increased by up to 30% and modulus reduction was also restrained in nonlinear range. Normalized shear modulus reduction curves of fiber-mixed-soils shift close to the upper limit of Seed curd Idriss's curves and are located within narrower band than those of unmixed soils, which proves the effectiveness on stiffness increment by reinforcing soils with fibers.
The resonant column testing determines the shear modulus and material damping factor dependent on the shear strain magnitude, based on the wave-propagation theory. The determination of the dynamic soil properties requires the theoretical formulation of the dynamic behavior of the resonant column testing system. One of the theoretical formulations is the use of the wave equation for the soil specimen in the resonant column testing device. Wood, Richart and Hall derived the wave equation by assuming the linear elastic soil, and didn't take the material damping into consideration. Hardin incorporated the viscoelastic damping of soil in the wave equation, but he had to assume the material damping factor for the determination of the shear modulus. For the better theoretical formulation of the resonant column testing, this study derived a new wave equation to include the viscosity of soil, and proposed an approach for the solution. Also, in this study, the equation of motion for the testing system, which is another approach of the theoretical formulation of the resonant column testing, was also derived. The equation of motion leads to the better understanding of the resonant column testing, which includes the dynamic magnification factor and the phase angle of the response. For the verification of the proposed equation of motion for the resonant column testing, the finite element analysis was performed for the resonant column testing. The comparison of the dynamic magnification factors and the phase angles far the system response were performed.
Salt water spray test and salt water immersion test were experimentally conducted in order to investigate the durability of fiber reinforced composites under salt water environment. The specimens were made of glass fabric reinforcement and phenolic resin. Mechanical test was performed to obtain mechanical properties such as tensile properties, flexural properties, and shear properties by varying with exposure times. Also dynamic mechanical test and FTIR were conducted to investigate a change in chemical structure as well as thermal analysis properties such as storage shear modulus, loss shear moduls, and tan ${\delta}$. According to the results, salt water environment has effected on mechanical properties and thermal analysis properties and especially the durability of glass fabric/phenolic composites were severely affected on salt water immersion environment rather than salt water spray environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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