A modified method for the analysis of short fatigue crack growth has been presented, and calculations based upon the modified method are compared with experimental results for S45C carbon steel. It is also shown that the modified method is in good agreement with experimental data. The proposed equation for the fatigue crack growth rates includes a material constant which relates the threshold level to the endurance limit, a correction for elastic-plastic behaviour and a means for dealing with the effects of crack closure. In this study one of the modifications is to substitute the Forman' s elastic expression of the stress intensity factor range into the geometrical factor The other is a consideration of the bending effect which is developed from the moment caused by the eccentric cross sectional geometry as the crack grows. Thus, this method is useful for residual life prediction of the mechanical structures as well as the welding structures.
The compression creep behavior of grains when loaded depends not only on load but also on duration of load application. The most common methods of studying the load-time characteristics of agricultural products is by employing rheological models such as Burger's model. However it is sometimes not sufficient to describe the viscoelastic behavior of grains to be Burger's model. For this reason, this study was conducted to develop the rheological model which represented the creep compliance response of the rough rice kernel and was a function of initial stress applied and time. The effects of the initial stress applied and the moisture content on the compression creep behavior of the rough rice kernel were analyzed. The results were obtained from the study as follows: 1. Since the viscoelastic behavior of the rough rice kernel was nonlinear, the transient and steady state creep compliance was satisfactorily modelled as follows: $$J({\sigma},t)=A{\sigma}^B[C+Dt-exp(-Ft)]$$ But, for the every stress applied, the compression creep behavior of the samples tested can be well described by Burger's model respectively. 2. The creep compliance, the instantaneous elastic strain, the retarded elastic strain and the viscous strain of the sample tested generally increased in magnitude with increasing the applied initial stress and the moisture content used in the tests. At low moisture content, the creep compliance for the Japonica-type rough rice kernel Was a little higher than those for Indica-type and at high moisture content, vice versa at high moisture content. 3. The retardation times of the samples had not an uniform tendency by the initial stress and the moisture content. The retardation times ranged from 0.66 to 6.76 seconds, and the creep progressed from transient to steady state at a relatively high rate. 4. The less viscous strain than the instantaneous elastic strain for the samples tested indicated that rough rice kernel behaved as a viscoelastic body characterized by elasticity than viscosity.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.1
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pp.37-53
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2012
There is considerable uncertainty in ground properties used in tunnel designs. In this study, a back analysis was performed to find optimal ground properties based on the artificial neural network facility of MATLAB program of using tunnel monitoring data. Total 81 data were constructed by changing elastic modulus and coefficient of lateral pressure which have great influence on tunnel convergence. A sensitivity analysis was conducted to establish an optimal training model by varying the number of hidden layers, the number of nodes, learning rate, and momentum. Meanwhile, the optimal training model was selected by comparing MSE (Mean Squared Error) and coefficient of determination ($R^2$) and was used to find the correct elastic moduli of layers and the coefficient of lateral pressure. In future, it is expected that the suggested method of this study can be applied to determine the optimum tunnel support pattern under given ground conditions.
Kim, Dong-Wook;An, Young-Sun;Lee, Young-Kwan;Kim, Seong-Woo;Nam, Jae-Do
Polymer(Korea)
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v.25
no.1
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pp.122-132
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2001
Thermoplastic film infusion process was investigated by using a rubber tool, which intrinsically contains a thermally-expandable characteristic and effectively compensates for the pressure loss caused by thermoplastic polymer infusion. Increasing temperature up to the melting temperature of matrix, the polymer melt subsequently infused into the dry fabric, but the pressure was successfully sustained by the rubber tool. Even with the decreased resin volume, the rubber tool produced sufficiently high elastic force for continuous resin infusion. Combining D'Arcy's law with the compressibility of rubber tool and elastic fiber bed, a film infusion model was developed to predict the resin infusion rate and pressure change as a function of time. In addition, the film infusion process without the rubber tool was viewed and analyzed by a compression process of the elastic fiber bed and viscous resin melt. The compressibility of fiber bed was experimentally measured and the multiple-step resin infusion was well described by the developed model equations.
The moduli of concrete has been determined by various testing methods. The impact resonance (IR) method has been shown to be truly a simple nondestructive testing method which produces consistent results. It is possible to determine not only the modulus but also damping ratio from the IR test. However, the values of elastic modulus and damping ratio of concrete from the test is known to be affected by various test conditions including, specimen support condition, impact steel ball size and sampling rate. In this study, the optimum IR test conditions are suggested and validated experimentally. The test results showed that the recommended test conditions yielded a variation of resonant frequency within ${\pm}0.3%$ and damping ratio ${\pm}10.0%$. In addition, the modulus from the IR test was comparable to that from a static test when the effect of strain amplitude was properly taken into account.
Using a strain-controlled rheometer, the steady shear flow properties of aqueous xanthan gum solutions of different concentrations were measured over a wide range of shear rates. In this article, both the shear rate and concentration dependencies of steady shear flow behavior are reported from the experimentally obtained data. The viscous behavior is quantitatively discussed using a well-known power law type flow equation with a special emphasis on its importance in industrial processing and actual usage. In addition, several inelastic-viscoplastic flow models including a yield stress parameter are employed to make a quantitative evaluation of the steady shear flow behavior, and then the applicability of these models is also examined in detail. Finally, the elastic nature is explained with a brief comment on its practical significance. Main results obtained from this study can be summarized as follows: (1) Concentrated xanthan gum solutions exhibit a finite magnitude of yield stress. This may come from the fact that a large number of hydrogen bonds in the helix structure result in a stable configuration that can show a resistance to flow. (2) Concentrated xanthan gum solutions show a marked non-Newtonian shear-thinning behavior which is well described by a power law flow equation and may be interpreted in terms of the conformational status of the polymer molecules under the influence of shear flow. This rheological feature enhances sensory qualities in food, pharmaceutical, and cosmetic products and guarantees a high degree of mix ability, pumpability, and pourability during their processing and/or actual use. (3) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable and have equivalent ability to describe the steady shear flow behavior of concentrated xanthan gum solutions, whereas both the Bingham and Casson models do not give a good applicability. (4) Concentrated xanthan gum solutions exhibit a quite important elastic flow behavior which acts as a significant factor for many industrial applications such as food, pharmaceutical, and cosmetic manufacturing processes.
The purpose of this study was to evaluate the physical properties of hydrophilic polyvinyl siloxane impression materials as change of material's storage temperatures. Working time, strain-in-compression, elastic recovery and consistency were tested according to ISO Standard NO. 1563. The results are as followed. 1. Working time decreased in cold storage. 2. Strain-in-compression was different in storage temperatures. Material's strain-in compression in cold temperatures were higher than in room temperature and in incubator. 3. A coefficient of elastic recovery varied by storage temperatures. The rate in cold temperature was the lowest and in incubator was the highest. 4. Consistency of impression substance different in storage temperatures. The extent in cold temperature is the highest and in incubator was the lowest. Statistical analysis(SPSS 14.0k, p>0.05) showed that storage temperature affect to material's physical properties. We recognized that the physical properties of polyvinyl siloxane impression materials were changed according to storage temperature.
Most of the early studies on plates vibration are focused on two-dimensional theories, these theories reduce the dimensions of problems from three to two by introducing some assumptions in mathematical modeling leading to simpler expressions and derivation of solutions. However, these simplifications inherently bring errors and therefore may lead to unreliable results for relatively thick plates. The main objective of this research paper is to present 3-D elasticity solution for free vibration analysis of continuously graded carbon nanotube-reinforced (CGCNTR) rectangular plates resting on two-parameter elastic foundations. The volume fractions of oriented, straight single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. In this study, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented, straight carbon nanotubes (CNTs). The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The formulations are based on the three-dimensional elasticity theory. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. The fast rate of convergence of the method is demonstrated and comparison studies are carried out to establish its very high accuracy and versatility. The 2-D differential quadrature method as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the governing equations and to implement the boundary conditions. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made between the present results and results reported by well-known references for special cases treated before, have confirmed accuracy and efficiency of the present approach. The novelty of the present work is to exploit Eshelby-Mori-Tanaka approach in order to reveal the impacts of the volume fractions of oriented CNTs, different CNTs distributions, various coefficients of foundation and different combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions on the vibrational characteristics of CGCNTR rectangular plates. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
Zakaria Belabed;Abdeldjebbar Tounsi;Abdelmoumen Anis Bousahla;Abdelouahed Tounsi;Khaled Mohamed Khedher;Mohamed Abdelaziz Salem
Computers and Concrete
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v.34
no.4
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pp.447-476
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2024
The current research proposes an innovative finite element model established within the context of higher-order beam theory to examine the bending and buckling behaviors of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) beams resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. This two-node beam element includes four degrees of freedom per node and achieves inter-element continuity with both C1 and C0 continuities for kinematic variables. The isoparametric coordinate system is implemented to generate the elementary stiffness and geometric matrices as a way to enhance the existing model formulation. The weak variational equilibrium equations are derived from the principle of virtual work. The mechanical properties of FG-CNTRC beams are considered to vary gradually and smoothly over the beam thickness. The current investigation highlights the influence of porosity dispersions through the beam cross-section, which is frequently omitted in previous studies. For this reason, this analysis offers an enhanced comprehension of the mechanical behavior of FG-CNTRC beams under various boundary conditions. Through the comparison of the current results with those published previously, the proposed finite element model demonstrates a high rate of efficiency and accuracy. The estimated results not only refine the precision in the mechanical analysis of FG-CNTRC beams but also offer a comprehensive conceptual model for analyzing the performance of porous composite structures. Moreover, the current results are crucial in various sectors that depend on structural integrity in specific environments.
Dynamic shear tests for the tough-pitch copper at high strain and high strain rate was performed. The Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) compression test system was modified to yield a shear deformation in the specimen. Hat-shaped specimens for the tough-pitch copper were adopted to generate high strain of γ=3~4 and high strain-rate of γ= 10$^4$/s. The dynamic analysis by ABAQUS 5.5/EXPLICIT code verified that shear zone can be localized in hat-shaped specimens. A proper impact velocity and the axial length of the shear localization region wert determined through the elastic wave analysis. The displacement in a hat-shaped specimen is limited by a spacer ring which was installed between the specimen and the incident bar. The shear bands were obtained by measuring the direction of shear deformation and the width of deformed grain in the shear zone. The decrease of specimen length has been measured on the optical displacement transducer. Dynamic shear stress-strain relations in the tough-pitch copper were obtained at two strain-rates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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