Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.11
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pp.2696-2704
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2000
This paper presents a new laminated plate theory for the cylindrical bending of laminated plated. The theory assumes that in plane displacements vary exponentially through plate thickness. Analytical solutions are derived for simply supported plates subjected to transverse loading. The accuracy of the present theory is examined for unsymmetric laminates, and the numerical results are compared with three-dimensional elasticity solutions of Pagano. The present theory predicts displacements and stresses for very thick plates very accurately. In particular, transverse shear stresses obtained form constitutive equations are predicted very accurately.
In this study, a simple method for the determination of the shear correction factor for composites beam with a rectangular cross section is presented. The plane stress elasticity assumption is used after simplifications of the expression of the stress distribution in the beam. The different fiber orientation angle and volume fraction are considered in this work. The studied structure is subjected to various loading type (thermal and hygrothermal). The numerical results obtained show that there is a dependence of the shear coefficient on the orientation of the fibers. The evolution of the shear correction factors depends not only on the orientation of the fibers and also on the volume fraction and the environment. the advantage of this developed formula of the shear correction factor is to obtain more precise results and to consider several parameters influencing this factor which are neglected if the latter is constant.
Laskar, Arghadeep;Zhong, Jianxia;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.
Interaction and multiscale mechanics
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v.2
no.1
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pp.69-89
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2009
Reinforced and prestressed concrete (RC and PC) thin walls are crucial to the safety and serviceability of structures subjected to shear. The shear strengths of elements in walls depend strongly on the softening of concrete struts in the principal compression direction due to the principal tension in the perpendicular direction. The past three decades have seen a rapid development of knowledge in shear of reinforced concrete structures. Various rational models have been proposed that are based on the smeared-crack concept and can satisfy Navier's three principles of mechanics of materials (i.e., stress equilibrium, strain compatibility and constitutive laws). The Cyclic Softened Membrane Model (CSMM) is one such rational model developed at the University of Houston, which is being efficiently used to predict the behavior of RC/PC structures critical in shear. CSMM for RC has already been implemented into finite element framework of OpenSees (Fenves 2005) to come up with a finite element program called Simulation of Reinforced Concrete Structures (SRCS) (Zhong 2005, Mo et al. 2008). CSMM for PC is being currently implemented into SRCS to make the program applicable to reinforced as well as prestressed concrete. The generalized program is called Simulation of Concrete Structures (SCS). In this paper, the CSMM for RC/PC in material scale is first introduced. Basically, the constitutive relationships of the materials, including uniaxial constitutive relationship of concrete, uniaxial constitutive relationships of reinforcements embedded in concrete and constitutive relationship of concrete in shear, are determined by testing RC/PC full-scale panels in a Universal Panel Tester available at the University of Houston. The formulation in element scale is then derived, including equilibrium and compatibility equations, relationship between biaxial strains and uniaxial strains, material stiffness matrix and RC plane stress element. Finally the formulated results with RC/PC plane stress elements are implemented in structure scale into a finite element program based on the framework of OpenSees to predict the structural behavior of RC/PC thin-walled structures subjected to earthquake-type loading. The accuracy of the multiscale modeling technique is validated by comparing the simulated responses of RC shear walls subjected to reversed cyclic loading and shake table excitations with test data. The response of a post tensioned precast column under reversed cyclic loads has also been simulated to check the accuracy of SCS which is currently under development. This multiscale modeling technique greatly improves the simulation capability of RC thin-walled structures available to researchers and engineers.
Fracture of Al2O3 tubes for different loading path under combined tension/torsion was investigated. Macroscopic directions of crack propagation agreed well with the maximum principal stress criterion, independent of the loading path. However, fracture strength from the proportional loading test($\tau$/$\sigma$= constant) showed either strengthening or weakening compared to that from uniaxial tension, depending on the ratio $\tau$/$\sigma$. The Weibull theory was capable to predict the strengthening of fracture strength in pure torsion, but not the weakening in the proportional loading condition. The strengthening or weakening of fracture strength in the proportional loading condition was explained by the effect of shear stresses in the plane of randomly oriented microdefects. Finally, a new empirical fracture criterion was proposed. This criterion is based on a mixed mode fracture criterion and experimental data for fracture of Al2O3 tubes under combined tension/torsion. The proposed fracture criterion agreed well with experimental data for both macroscopic directions of crack propagation and fracture strengths.
This paper aims to correlate the micro-mechanical behaviour of tow geometry with applied in-plane forces during deformation of dry woven carbon-fibre fabric. These in-plane forces lead to differences in tow reorganisation during deformation and so changes in the way in which 'lock-up' occurs. In this paper, deformation of micro-mechanical parameters such as tow interval, crimp angle, change in tow amplitude and wavelength are investigated. To observe the micro-deformation of the fabric structure, appropriate specimens from bias extension and biaxial tests are sectioned and observed under the microscope. It was found that different loading conditions cause geometric deferences in the tow architecture. The variation in deformed tow geometry with shear angle is fitted using a simple parametric model.
In this research, mechanical buckling of hybrid functionally graded plates is considered using a new four variable refined plate theory. Unlike any other theory, the number of unknown functions involved is only four, as against five in case of other shear deformation theories. The theory presented is variationally consistent, does not require shear correction factor, and gives rise to transverse shear stress variation such that the transverse shear stresses vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. The plate properties are assumed to be varied through the thickness following a simple power law distribution in terms of volume fraction of material constituents. Governing equations are derived from the principle of minimum total potential energy. The closed-form solution of a simply supported rectangular plate subjected to in-plane loading has been obtained by using the Navier method. The effectiveness of the theories is brought out through illustrative examples.
An innovated type of the flat steel plate-lightweight aggregate concrete hollow composite slab was presented in this paper. This kind of the slab is composed of flat steel plate and the lightweight aggregate concrete slab, which were interfaced with a set of perfobond shear connectors (PBL shear connectors) with circular hollow structural sections (CHSS) and the shear stud connectors. Five specimens were tested under static monotonic loading. In the test, the influence of shear span/height ratios and arrangements of CHSS on bending capacity and flexural rigidity of the composite slabs were investigated. Based on the test results, the crack patterns, failure modes, the bending moment-curvature curves as well as the strains of the flat steel plate and the concrete were focused and analyzed. The test results showed that the flat steel plate was fully connected to the lightweight aggregate concrete slab and no obvious slippage was observed between the steel plate and the concrete, and the composite slabs performed well in terms of bending capacity, flexural rigidity and ductility. It was further shown that all of the specimens failed in bending failure mode regardless of the shear span/height ratios and the arrangement of CHSS. Moreover, the plane-section assumption was proved to be valid, and the calculated formulas for predicting the bending capacity and the flexural rigidity of the composite slabs were proposed on the basis of the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.9
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pp.985-996
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2012
An unsteadily propagating permeable crack in piezoelectric materials (PMs) under anti-plane shear mechanical loading and in-plane electric loading is studied. The equilibrium equations for a transiently propagating crack in a PM are developed, and the solutions on the stress and displacement fields for a permeable crack though an asymptotic analysis are obtained. The influences of piezoelectric constant, dielectric permittivity, time rate of change of the crack tip speed and time rate of change of stress intensity factor on the stress and displacement fields at the transiently propagating crack tip are explicitly clarified. By using the stress and displacements, the characteristics of the stress and displacement at a transiently propagating crack tip in a PM are discussed.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.9
no.6
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pp.169-174
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2009
We conducted structural analysis to investigate disadvantage of wire-mesh arranged at the plane and to develop three-dimensionally bent U-type wire-mesh. In all case that distributed loading at the whole top slab and the half top slab, and the wire mesh was bent $45^{\circ}$, flexura tensile stress was the fewest in both positive moment and negative moment, and the wire mesh was bent $45^{\circ}$ in crossway the shear stresss was the fewest. Therefore, by arranging wire-mesh with $45^{\circ}$ more bent than plane, flexura tensile stress, shear stress, displacement will be reduced and structural function will be improved.
In this paper, the plane elasticity equations are used to investigate the in-plane normal (mode I) and shear (mode II) behavior of a crack perpendicular to and terminating at the interface in bonded media with a graded interfacial zone. The interfacial Bone is treated as a nonhomogeneous interlayer with the continuously varying elastic modulus between the two dissimilar, homogeneous semi-infinite constituents. For each of the individual loading modes, based on the Fourier integral transform technique, a singular integral equation with a Cauchy kernel is derived in a separate but parallel manner. In the numerical results, the values of corresponding modes of stress intensity factors are illustrated for various combinations of material and geometric parameters of the bonded media in conjunction with the effect of the material nonhomogeneity within the graded interfacial zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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