In this work, quasi three-dimensional (quasi-3D) shear deformation theory is presented for bending and dynamic analysis of functionally graded (FG) plates. The effect of varying material properties and volume fraction of the constituent on dynamic and bending behavior of the FG plate is discussed. The benefit of this model over other contributions is that a number of variables is diminished. The developed model considers nonlinear displacements through the thickness and ensures the free boundary conditions at top and bottom faces of the plate without using any shear correction factors. The basic equations that account for the effects of transverse and normal shear stresses are derived from Hamilton's principle. The analytical solutions are determined via the Navier procedure. The accuracy of the proposed formulation is proved by comparisons with the different 2D, 3D and quasi-3D solutions found in the literature.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.5
no.2
s.17
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pp.57-63
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2005
In case of general structures, it has been known that the strain amplitude band experienced by the base in a state of service load is less than 1% and most of the base show low, strain amplitude behavior less than 0.01%. In this study examining the influence affected to dynamic behavior in a condition of the low strain amplitude of unsaturated decomposed granite soils, the resonant column test, using some samples in Su-won area, has been performed for each degree of saturation resulted from different void ratios and confined stress. It is found out that the minimum value of the damping ratio occurred in roughly $17{\sim}18%$ according to void ratios regardless of confined pressure in the same manner with the case of the maximum shear elastic modulus; and it is estimated that for the influence of surface tension in the optimum degree of saturation, the damping ratio appears to be least.
A finite-element model for beams with partially delaminated layers is used to investigate their behavior. In this formulation account is taken of lateral strains and the first-order shear deformation theory is used. Both displacement continuity and force equilibrium conditions are imposed between the regions with and without delamination. Numerical results of the present model are presented and its performance is evaluated for static and dynamic problems.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.356-363
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2004
In this research, the shear behavior of four different interfaces consisting of 4 types of geosynthetics was examined, and both static and dynamic tests for the geosynthetic interface were conducted. The monotonic shear experiments were performed by using an inclined board apparatus and large direct shear device. The interface shear strength obtained from the inclined board tests were compared with those calculated from large direct shear tests. The comparison results indicated that direct shear tests are likely to overestimate the shear strength in low normal stress range where direct shear tests were not performed. Curved failure envelopes were also obtained for interface cases where two static shear tests were conducted. By comparing the friction angles measured from three tests, i.e. direct shear, inclined board, and shaking table tests, it was found that the friction angle might be different depending on the test method and normal stresses applied in this research. Therefore, it was concluded that the testing method should be determined carefully by considering the type of loads and the normal stress expected in the field.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.5
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
The effects of guar gum (GG) and xanthan gum (XG) at different concentrations (0, 0.2, 0.4, and 0.6% w/w) on the rheological properties of Korean waxy rice starch (WRS) pastes were evaluated under both steady and dynamic shear conditions. The flow properties of WRS-gum mixtures were determined from the rheological parameters of the power law model. The addition of GG and XG to WRS resulted in an increase in the apparent viscosity ($\eta_{a,100}$) and consistency index (K) values obtained from power law model. The flow behavior index (n) values of the WRS-XG mixtures decreased with an increase in gum concentration while there was only a marginal difference between n values for the WRS-GG mixtures. Dynamic moduli (G', G", and $\eta^*$) values in the WRS-gum mixture systems also increased with an increase in gum concentration. WRS-XG mixtures had higher dynamic moduli and lower tan $\delta$ (ratio of G"/G') values than WRS-GG mixtures, indicating that the higher dynamic rheological properties of WRS-XG can be attributed to an increase in the viscoelasticity of the continuous phase in the starch-gum mixture systems, which was due to the higher viscoleastic properties of XG compared to GG. The dynamic ($\eta^*$) and steady shear ($\eta_a$) viscosities of the WRS-XG paste at a 0.2% gum concentration followed the Cox-Merz superposition rule.
Yousefzadeh, Sh.;Jafari, A.A.;Mohammadzadeh, A.;Najafi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.5
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pp.523-533
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2018
In this study, the dynamic response of a functionally graded material (FGM) circular plate in contact with incompressible fluid under the harmonic load is investigated. Analysis of the plate is based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT). The governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. A new set of admissible functions, which satisfy both geometrical and natural boundary conditions, are developed for the free vibration analysis of moderately thick circular plate. The Chebyshev-Ritz Method is employed together with this set of admissible functions to determine the vibrational behaviors. The modal superposition approach is used to determine the dynamic response of the plate exposed to harmonic loading. Numerical results of the force vibrations and the effects of the different geometrical parameters on the dynamic response of the plate are investigated. Finally, the results of this research in the limit case are compared and validated with the results of other researches and finite element model (FEM).
Habibi, Ali Reza;Samadi, Mohammad;Izadpanah, Mehdi
Advances in concrete construction
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v.10
no.3
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pp.271-278
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2020
Quantifying the amount of damage of structures under earthquakes is an interesting issue that researchers have attended on and have presented some damage indices. Whereas a lot of damage indices have been introduced based on nonlinear dynamic analysis, computational effort, the calculus complicacy and time-consuming of this analysis are the main drawbacks to widespread use of these indices. The objective of this study is to quantify the damage of Shear Wall Reinforced Concrete Frames (SWRCFs) based on pushover analysis as a procedure that can reflect the behavior of structures from elastic to collapse. For this purpose, firstly, several SWRCFs are designed and the capacity spectrum of each one is achieved via pushover analysis. After that, the static damage indices of the designed frames are obtained. Then, nonlinear dynamic analyses are performed on these frames and the Park and Ang damage index as the basis damage criterion is achieved. Afterward, some relations are presented to predict the dynamic damage of these frames via pushover analysis. Eventually, to confirm the validity of the proposed relations, the values of Park and Ang damage index of three new SWRCFs are acquired once utilizing nonlinear dynamic analysis and again applying the introduced relations. Outcomes prove the validity of some presented damage indices.
This paper proposes a new foundation model called "Dynamic foundation model" for the dynamic analysis of plates on foundation subjected to a moving oscillator. This model includes a linear elastic spring, shear layer, viscous damping and the special effects of mass density parameters of foundation during vibration. By using finite element method and the principle of dynamic balance, the governing equation of motion of the plate travelled by the oscillator is derived and solved by the Newmark's time integration procedure. The accuracy of the algorithm is verified by comparing the numerical results with the other numerical results in the literature. Also, the effects of mass and damping ratio of system components, stiffness of suspension system, velocity of moving oscillator, and dynamic foundation parameters on dynamic responses are investigated. A very important role of these factors will be shown in the dynamic behavior of the plate.
This paper illustrates the results of a series of seismic geotechnical centrifuge experiments to explore dynamic structure-soil-structure interaction (SSSI) of two structures (named S1 and S2) installed on ground surface. A dense homogeneous ground is prepared in an equivalent shear beam (ESB) container. Two structural models are designed to elicit soil-foundation-structure interaction (SFSI) with different masses, heights, and dynamic characteristics. Five experimental tests are carried out for: (1) two reference responses of the two structures and (2) the response of two structures closely located at three ranges of distance. It is found that differential settlements of both structures increase and the smaller structure (S2) inversely rotates out of the other (S1) when they interact with each other. S2 structure experiences less settlement and uplift when at a close distance to the S1 structure. Furthermore, the S1 structure, which is larger one, shows a larger rocking and a smaller sliding response due to the SSSI effects, while S2 structure tends to slide more than that in the reference test, which is illustrated by an increase in sliding response and rocking stiffness as well as a decrease in moment-to-shear ratio (M/H·L) of the S2 structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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