Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
Yin, Da W.;Chen, Shao J.;Chen, Bing;Liu, Xing Q.;Ma, Hong F.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1113-1124
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2018
Geological dynamic hazards during deep coal mining are caused by the failure of a composite system consisting of the rock and coal layers, whereas the joint in coal affects the stability of the composite system. In this paper, the compression test simulations for the rock-coal combined body with single joint in coal were conducted using $PFC^{2D}$ software and especially the effects of joint length and joint angle on strength and failure characteristics in a rock-coal combined body were analyzed. The joint length and joint angle exhibit a deterioration effect on the strength and affect the failure modes. The deterioration effect of joint length of L on the strength can be neglected with a tiny variation at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ between the loading direction and joint direction. While, the deterioration effect of L on strength are relatively large at ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$. And the peak stress and peak strain decrease with the increase of L. Additionally, the deterioration effect of ${\alpha}$ on the strength becomes larger with the increase of L. With the increase of ${\alpha}$, the peak stress and peak strain first decrease and then increase, presenting "V-shaped" curves. And the peak stress and peak strain at ${\alpha}$ of $45^{\circ}$ are the smallest. Moreover, the failure mainly occurs within the coal and no apparent failure is observed for rock. At ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$, the secondary shear cracks generated in or close to the joint tips, cause the structural instability failure of the combined body. Therefore, their failure models present as a shear failure along partial joint plane direction and partially cutting across the coal body or a shear failure along the joint plane direction. However, at ${\alpha}$ of $60^{\circ}$ and L of 10 mm, the "V-shaped" shear cracks cutting across the coal body cause its final failure. While crack nucleations at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ are randomly distributed in the coal, the failure mode shows a V-shaped shear failure cutting across the coal body.
Nowadays computers can perform symbolic computations in addition to mere number crunching operations for which they were originally designed. Symbolic computation opens up exciting possibilities in Structural Mechanics and engineering. Classical areas have been increasingly neglected due to the advent of computers as well as general purpose finite element software. But now, classical analysis has reemerged as an attractive computer option due to the capabilities of symbolic computation. The repetitive cycles of simultaneous - equation sets required by the finite element technique can be eliminated by solving a single set in symbolic form, thus generating a truly closed-form solution. This consequently saves in data preparation, storage and execution time. The power of Symbolic computation is demonstrated by six examples by applying symbolic computation 1) to solve coupled shear wall 2) to generate beam element matrices 3) to find the natural frequency of a shear frame using transfer matrix method 4) to find the stresses of a plate subjected to in-plane loading using Levy's approach 5) to draw the influence surface for deflection of an isotropic plate simply supported on all sides 6) to get dynamic equilibrium equations from Lagrange equation. This paper also presents yet another computationally efficient and accurate numerical method which is based on the concept of derivative of a function expressed as a weighted linear sum of the function values at all the mesh points. Again this method is applied to solve the problems of 1) coupled shear wall 2) lateral buckling of thin-walled beams due to moment gradient 3) buckling of a column and 4) static and buckling analysis of circular plates of uniform or non-uniform thickness. The numerical results obtained are compared with those available in existing literature in order to verify their accuracy.
Abdulrazzaq, Mohammed Abdulraoof;Kadhim, Zeyad D.;Faleh, Nadhim M.;Moustafa, Nader M.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.7
no.1
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pp.27-42
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2020
Dynamic stability of graded nonlocal nano-dimension plates on elastic substrate due to in-plane periodic loads has been researched via a novel 3- unknown plate theory based on exact position of neutral surface. Proposed theory confirms the shear deformation effects and contains lower field components in comparison to first order and refined 4- unknown plate theories. A modified power-law function has been utilized in order to express the porosity-dependent material coefficients. The equations of nanoplate have been represented in the context of Mathieu-Hill equations and Chebyshev-Ritz-Bolotin's approach has been performed to derive the stability boundaries. Detailed impacts of static/dynamic loading parameters, nonlocal constant, foundation parameters, material index and porosities on instability boundaries of graded nanoscale plates are researched.
For the first time, the parametric instability characteristics of tow-steered variable stiffness composite laminated (VSCL) cylindrical panels is investigated using B-spline finite strip method (FSM). The panel is considered containing geometrical defects including cutout and delamination. The material properties are assumed to vary along the panel axial length of any lamina according to a linear fiber-orientation variation. A uniformly distributed inplane longitudinal loading varies harmoni-cally with time is considered. The instability load frequency regions corresponding to the assumed in-plane parametric load-ing is derived using the Bolotin's first order approximation through an energy approach. In order to demonstrate the capabili-ties of the developed formulation in predicting stability behavior of the thin-walled VSCL structures, some representative results are obtained and compared with those in the literature wherever available. It is shown that the B-spline FSM is a proper tool for extracting the stability boundaries of perforated delaminated VSCL panels.
In this study, the influence of centrally placed circular and square cutouts on vibration and buckling characteristics of different ply-oriented laminated panels under the action of compressive and/or tensile types of non-uniform in-plane edge loads are investigated. The panels are inspected under the action of uniaxial compression, uniaxial tension and biaxial, compression-tension, loading configurations. Furthermore, the effects of different degrees of edge restraints and panel aspect ratios are also addressed in this work. Towards this, a nine-node heterosis plate element has been adopted which includes the effect of shear deformation and rotary inertia. According to the results, the tensile buckling loads are higher than that of compressive buckling loads. However, the tensile buckling load continuously reduces with the increased cutout sizes irrespective of ply-orientations. This is also true for compressive buckling loads except for some particular ply-orientations with higher sized cutouts.
The present study aims to investigate the ultimate strength and geometric nonlinear behavior of composite plates containing initial imperfection subjected to combined end-shortening strain and lateral pressure loading by using a semi-analytical method. In this study, the first order shear deformation plate theory is considered with the assumption of large deflections. Regarding in-plane boundary conditions, two adjacent edges of the laminates are completely held while the two others can move straightly. The formulations are based on the concept of the principle of minimum potential energy and Newton-Raphson technique is employed to solve the nonlinear set of algebraic equations. In addition, Hashin failure criteria are selected to predict the failures. Further, two distinct models are assumed to reduce the mechanical properties of the failure location, complete ply degradation model, and ply region degradation model. Degrading the material properties is assumed to be instantaneous. Finally, laminates having a wide range of thicknesses and initial geometric imperfections with different intensities of pressure load are analyzed and discuss how the ultimate strength of the plates changes.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.206-213
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2013
Transient response of a crack in a functionally graded piezoelectric material (FGPM) interface layer between two dissimilar homogeneous piezoelectric layers under anti-plane shear is analyzed using integral transform approaches. The properties of the FGPM layer vary continuously along the thickness. Laplace and Fourier transforms are used to reduce the problem to two sets of dual integral equations, which are then expressed to the Fredholm integral equations of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate (DERR) are presented for the FGPM to show the effects on electric loading, gradient of the material properties, and thickness of the layers. Computed results yield following conclusions: (a) the DERR increases with the increase of the gradient of the material properties of the FGPM layer; (b) certain direction and magnitude of the electric impact loading impedes crack extension; (c) increase of the thickness of the FGPM layer and the homogeneous piezoelectric layer which has larger material properties than those of the crack plane are beneficial to increase of the resistance of transient fracture of the FGPM layer.
PURPOSE. This in vitro study aimed to compare the failure load and failure characteristics of two different zirconia framework designs of premolar crowns when subjected to static loading. MATERIALS AND METHODS. Two types of zirconia frameworks, conventional 0.5 mm even thickness framework design (EV) and 0.8 mm cutback of full contour crown anatomy design (CB), were made for 10 samples each. The veneer porcelain was added on under polycarbonate shell crown made by vacuum of full contour crown to obtain the same total thickness of the experiment crowns. The crowns were cemented onto the Cobalt-Chromium die. The dies were tilted 45 degrees from the vertical plane to obtain the shear force to the cusp when loading. All crowns were loaded at the lingual incline of the buccal cusp until fracture using a universal testing machine with cross-head speed 0.5 mm/min. The load to fracture values (N) was recorded and statistically analyzed by independent sample t-test. RESULTS. The mean and standard deviations of the failure load were $1,170.1{\pm}90.9$ N for EV design and $1,450.4{\pm}175.7$ N for CB design. A significant difference in the compressive failure load was found (P<.05). For the failure characteristic, the EV design was found only cohesive failures within veneering porcelain, while the CB design found more failures through the zirconia framework (8 from 10 samples). CONCLUSION. There was a significant difference in the failure load between two designs, and the design of the framework influences failure characteristic of zirconia crown.
The dynamic response of an eccentric Griffith crack in functionally graded piezoelectric ceramic strip under anti-plane shear impact loading is ana lysed using integral transform method. Laplace transform and Fourier transform are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed to Fredholm integral equations of the second kind. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. The impermeable crack boundary condition is adopted. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented for the functionally graded piezoelectric material to show the dependence of the gradient of material properties and electric loadings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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