This work focuses on the dynamic analysis of thermal barrier coated straight and curved turbine blades modelled as functionally graded sandwich panel under thermal environment. The pre- twisted straight/curved blade model is considered to be fixed to the hub and, the complete assembly of the hub and blade are assumed to be rotating. The functionally graded sandwich composite blade is comprised of functionally graded face-sheet material and metal alloy core. The constituents' material properties are assumed to be temperature-dependent, however, the overall properties are evaluated using Voigt's micromechanical scheme in conjunction with the modified power-law functions. The blade model kinematics is based on the equivalent single-layer shear deformation theory. The equations of motion are derived using the extended Hamilton's principle by including the effect of centrifugal forces, and further solved via 2D- isoparametric finite element approximations. The mesh refinement and validation tests are performed to illustrate the stability and accurateness of the present model. In addition, frequency characteristics of the pre-twisted rotating sandwich blades are computed under thermal environment at various sets of parametric conditions such as twist angles, thickness ratios, aspect ratios, layer thickness ratios, volume fractions, rotational velocity and blade curvatures which can be further useful for designing the blade type structures under turbine operating conditions.
Pankaj S. Ghatage;P. Edwin Sudhagar;Vishesh R. Kar
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.367-383
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2023
The present paper examines the natural frequency responses of the bi-directional (nx-ny, ny-nz and nz-nx) and multidirectional (nx-ny-nz) functionally graded (FG) plate and curved structures with and without porosity. The even and uneven kind of porosity pattern are considered to observe the influence of porosity type and porosity index. The numerical findings have been obtained using a higher order shear deformation theory (HSDT) based isometric finite element (FE) approach generated in a MATLAB platform. According to the convergence and validation investigation, the proposed HSDT based FE model is adequate to predict free vibrational responses of multidirectional porous FG plates and curved structures. Further a parametric analysis is carried out by taking various design parameters into account. The free vibrational behavior of bidirectional (2D) and multidirectional (3D) perfect-imperfect FGM structure is examined against various power law index, support conditions, aspect, and thickness ratio, and for the curvature of curved structures. The results indicate that the maximum non-dimensional fundamental frequency (NFF) value is observed in perfect FGM plates and curved structures compared to porous FGM plates and curved structures and it is maximum for FGM plates and curved structures with uneven kind of porosity than even porosity.
Bui Manh Cuong;Abdelouahed Tounsi;Do Van Thom;Nguyen Thi Hai Van;Phung Van Minh
Computers and Concrete
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v.33
no.1
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pp.91-102
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2024
Beam-shaped components commonly rotate along a fixed axis when massive mechanical structures like rotors, jet engine blades, motor turbines, and rotating railway crossings perform their functions. For these structures to be useful in real life, their mechanical behavior is essential. Therefore, this is the first article to use the modified shear deformation theory type hyperbolic sine functions theory and the FEM to study the static bending response of rotating functionally graded GPL-reinforced composite (FG-GPLRC) beams with initial geometrical deficiencies in thermal media. Graphene platelets (GPLs) in three different configurations are woven into the beam's composition to increase its strength. By comparing the numerical results with those of previously published studies, we can assess the robustness of the theory and mechanical model employed in this study. Parameter studies are performed to determine the effect of various geometric and physical variables, such as rotation speed and temperature, on the bending reactions of structures.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.7
no.2
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pp.153-163
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2005
This paper presents two case studies for tunnelling in Bangkok: a subway tunnel site and a flood diversion tunnel site. The first case study is related to ground displacement response for dual tunnel Bangkok MRT subway. The MRT subway project of Bangkok city consists of dual tunnels about 20 km long with 18 subway stations. The tunnels are seated in the firm first stiff silty clay layer between 15-22 m in depth below ground surface. The behavior of ground deformation response based on instrumentation is presented. The back analysis based on plain strain FEM analysis is also presented and agrees with field performance. The shear strain of FEM analysis is in the range of 0.1-1% and in accordance with the results of self boring pressuremeter tests. Meanwhile, the second case study is related to the EPB tunnelling bored underneath through underground obstruction. The Premprachakorn flood diversion tunnel is the shortcut tunnel to divert the flood water in rainy season into the Choapraya river. The tunnel was bored by means of EPB shield tunnelling in very stiff silty clay layer at about 20-24 m in depth. During flood diversion tunnel bored underneath the existing Bangkok main water supply tunnel and pile foundation of the bridge, instrumentation was monitored and compared with predicted FEM analysis. The prevention risk potential by means of predicting damage assessment is also presented and discussed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.10
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pp.7-17
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2019
With increasing demand for large offshore infrastructures, suction cofferdams have been large, and the lid stiffener arrangement for a suction cofferdam has become a key element in cofferdam design to constrain the flexural deformation effectively. This study analyzed the changes in the structural behavior of a lid for a suction cofferdam due to lid stiffeners to provide insights into effective stiffener arrangements. By investigating conventional suction anchors, several stiffener patterns of a lid for a polygonal suction cofferdam were determined and analyzed. The structural performance of the stiffened lids was estimated by comparing the stress and deformation, and the reaction distributions on the edge of lid were investigated to analyze the effects of the stiffener arrangement on the lid-wall interface. Finite element analysis showed that radial stiffeners contribute dominantly to decreasing the stress and vertical deflection of the lids, but the stiffeners cause an increase in shear forces between the lid and wall; the forces are concentrated on the lid near the areas reinforced with radial stiffeners, which is negative to lid-wall connection design. On the other hand, inner and outer circumferential stiffeners show little reinforcement effects in themselves, while they can help reduce the stress and deformation when arranged with partial radial stiffeners simultaneously.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory), considering the effect of compression softening in cracked concrete, and macro-scopic and rotating crack models etc., was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. Considering the computational efficency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the Incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Non1inear Analysis of Structural Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed in this way enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range, crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verification purpose of NASCOM, the predictions were made for Bhide's Panel(PB21) and Leonhardt's deep beam tests. The predicted results shows somewhat stiff behaviour for the panel test, and vice versa for deep beam tests. More refining process would be necessary hereafter in terms of more accurately simulating the effects of tension-stiffening and compression softening in concrete.
Modeling of damage initiation in singly oriented ply (SOP) Fiber Metal Laminate (FML) under concentrated loading conditions was studied. The finite element method (FEM) base on the first order shear deformation theory is used for th\ulcorner modeling of damage initiation in SOP FML. The failure indices (FI) of the fiber prepreg and the metal laminate were calculated by using the Tasi-Hill failure criterion and the Miser yield criterion, respectively. To verify the present method, the failure analysis was conducted under uniaxial loading and cylindrical bending, then the analysis under concentrated load was conducted. The results show that the analysis is reasonable. An indentation test was conducted to compare a damage initiation load with a calculated FI. The test was conducted under two side clamped conditions to study the fiber orientation effect. Indentation curve was fitted using the Hertz equation and a damage initiation load is defined that the point which deviate the fitted curve from the real indentation curve. The damage initiation loads were obtained under various fiber orientations and compared with calculated FIs. The experiment was well matched with calculated FI. This results shows that the present method is suitable for the damage initiation modeling of SOP FML.
This paper discusses the study of concrete composite walls of algorithmic modeling, in which steel tubes are embedded. The load-bearing capacity of STHC composite walls increases with the increase of axial load coefficient, but its ductility decreases. The load-bearing capacity can be improved by increasing the strength of the steel pipes; however, the elasticity of STHC composite walls was found to be slightly reduced. As the shear stress coefficient increases, the load-bearing capacity of STHC composite walls decreases significantly, while the deformation resistance increases. By analyzing actual cases, we demonstrate the effectiveness of the research results in real situations and enhance the persuasiveness of the conclusions. The research results can provide a basis for future research, inspire more explorations on seismic design and construction, and further advance the development of this field. Emphasize the importance of research results, promote interdisciplinary cooperation in the fields of structural engineering, earthquake engineering, and materials science, and improve overall seismic resistance. The emphasis on these aspects will help highlight the practical impact of the research results, further strengthen the conclusions, and promote progress in the design and construction of earthquake-resistant structures. The goals of this work are access to adequate, safe and affordable housing and basic services, promotion of inclusive and sustainable urbanization and participation, implementation of sustainable and disaster-resilient architecture, sustainable planning and management of human settlements. Simulation results of linear and nonlinear structures show that this method can detect structural parameters and their changes due to damage and unknown disturbances. Therefore, it is believed that with the further development of fuzzy neural network artificial intelligence theory, this goal will be achieved in the near future.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.40-47
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2018
Porous walkway blocks are constructed for the purpose already, but reserved water is easily consumed due to the bigger permeability than necessary. Furthermore, porous structure reduces the strength of blocks, which resulting cracking and settlements in walkways. In this study, we suggested a solution for given problems by determination for the location of minimum principal stress in walkway blocks against moving foot loads in order to design and verifying the determined location of minimum principal stress. An optimum design with a verification example for determined location of minimum principal stress have been presented in a two dimensional Block member on elastic foundation for pedestrian walkway for reserving water inside. The minimum value for sum of shear forces is found when ${\times}1$ is 58.58 mm(30% of total span, 200mm), while the minimum deformation is located at ${\times}2=80mm$(70% of total span, 200 mm). In a modified model, When moving boundary condition(walkway foot loads) is located at ${\times}1$(=0 mm), the location of minimum principal stresses is found at 168 mm( 84% of span, 200 mm), in which the stress concentration due to the foot load is modeled as two layers of distributed loads(reactions of foundation modeled as springs). Consequently, zero deformed reservoirs for rainwater on the neutral axis (${\times}2=167mm$) has been determined in the modified model with three dimensional FEM analysis verifications.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.87-102
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1991
It has been reported that the failure of Carsington Dam in Eng1and occured due to the existence of a thin yellow clay layer which was not identified during the design work, and due to pre-existing shears of the clay layer. The slope stability analyses during the design work, which utilized traditional circular arc type failure method and neglected the existence of the clay layer, showed a safety factor of 1.4. However, the post-failure analyses which utilized translational failure mode considering the clay layer and the pre-existing shear deformation revealed the reduction of safety factor to unity. The post-failure analysis assumed 10。 inclination of the horizontal forces onto each slice based on the results of finite element analyses. In this paper, Bishop's simplified method, Janbu method, and Morgenstern-Price method were used for the comparison of both circular and translational failure analysis methods. The effects of the pre-existing shears and subsquent movement were also considered by varying the soil strength parameters and the pore pressure ratio according to the given soi1 parameters. The results showed factor of safefy 1.387 by Bishop's simplified method(STABL) which assumed circular arc failure surface and disregarding yellow clay layer and pre-failure material properties. Also the results showed factor of safety 1.093 by Janbu method(STABL) and 0.969 by Morgenstern-Price method(MALE) which assumed wedge failure surface and considerd yellow clay layer using post failure material properties. In addition, dam behavior was simulated by Cam-Clay model FEM program. The effects of pore pressure changes with loading and consolidation, and strength reduction near or at failure were also considered based on properly assumed stress-strain relationship and pore pressure characteristics. The results showed that the failure was initiated at the yellow clay layer and propagated through other zones by showing that stress and displacement were concentrated at the yel1ow clay layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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