In this paper the general equation of motion of damped sandwich beam including arbitrary viscoelastic material layer was derived based on the equation presented by Mead and Markus. The equation of motion of n-layered sandwich beam was represented by (n+3)th order ordinary differential equation. It was verified that the general equation of motion derived in this paper could represent the equations of motions for single-layered, three-layered, five-layered and multi-layered damped beam. Finite element method for the arbitrary-layered damped beam was formulated and programmed using higher order shape functions. Several numerical examples were implemented to show the effects of damped material.
A nonlinear semi-three-dimensional layered finite element procedure is developed for cracking and failure analysis of reinforced concrete beams and the spandrel beam-column-slab connections of flat plates. The layered element approach takes the elasto-plastic failure behaviour and geometric nonlinearity into consideration. A strain-hardening plasticity concrete model and a smeared steel model are incorporated into the layered element formulation. Further, shear failure, transverse reinforcement, spandrel beams and columns are successfully modelled. The proposed method incorporating the nonlinear constitutive models for concrete and steel is implemented in a finite element program. Test specimens including a series of reinforced concrete beams and beam-column-slab connections of flat plates are analysed. Results confirm the effectiveness and accuracy of the layered procedure in predicting both flexural and shear cracking up to failure.
In this paper, the general equation of motion of damped sandwich beam with multi-viscoelastic material layer was derived based on the equation presented by Mead and Markus. The viscoelastic layer, which has characteristics of complex shear modulus, was assumed to be dominantly under shear deformation. The equation of motion of n-layered damped sandwich beam in bending could be represented by (n+3)th order ordinary differential equation. Finite element model for the n-layered damped sandwich beam was formulated and programmed using higher order shape functions. Several numerical examples were implemented to show the effects of damped material.
We have developed a novel and eco-friendly synthetic route for the preparation of a two-dimensional layered zinc hydroxide with intercalated nitrate anions. The layered zinc hydroxide nitrate, called 'zinc basic salt', was, in general, successfully synthesized, using an electron beam irradiation technique. The 2-propanol solutions containing hydrated zinc nitrate were directly irradiated with an electron-beam at room temperature, under atmospheric conditions, without stabilizers or base molecules. Under electron beam irradiation, the reactive OH radicals were generated by radiolysis of water molecules in precursor metal salts. After further radiolytic processes, the hydroxyl anions might be formed by the reaction of solvated electrons and the OH radical. Finally, the $Zn_5(OH)_8(NO_3)_2{\cdot}2H_2O$ was precipitated by the reaction of zinc cation and hydroxyl anions. Structure and morphology of obtained compounds were characterized by powder X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM). The chemical components of the products were determined by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and elemental analysis (EA). The thermal behavior of products was studied by thermogravimetric (TG) and differential thermal analysis (DTA).
The use of higher strength materials with the strength methed of design has resulted in more slender member and shallower sections. For this reason, it is necessary to satisfy the requirements of serviceability even though the structural safety is the most important limit state. This paper is only concerned with the control of deflections in the serviceability. In this study, an analytical model is presented to predict the deflections of reinforced concrete beams to given loading and environmental conditions. This model is based on the finite element approach in which a finite element is generally divided into a number of stiffening effect due to cracking, creep and shrinkage. Comparisons are made with available measured deflections reported by others to assess the capability of the layered beam model. The calculated values of instantaneous and long-term deflection show good agreement with experimental results in the range of tension stiffening parameter $\beta$ between 2.5 and 3.0.
Asiri, Saeed A.;Akbas, Seref D.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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제75권6호
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pp.713-722
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2020
This article aims to illustrate the damped dynamic responses of layered functionally graded (FG) thick 2D beam under dynamic pulse sinusoidal load by using finite element method, for the first time. To investigate the response of thick beam accurately, two-dimensional plane stress problem is assumed to describe the constitutive behavior of thick beam structure. The material is distributed gradually through the thickness of each layer by generalized power law function. The Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive model is exploited to include the material internal damping effect. The governing equations are obtained by using Lagrange's equations and solved by using finite element method with twelve -node 2D plane element. The dynamic equation of motion is solved numerically by Newmark implicit time integration procedure. Numerical studies are presented to illustrate stacking sequence and material gradation index on the displacement-time response of cantilever beam structure. It is found that, the number of waves increases by increasing the graduation distribution parameter. The presented mathematical model is useful in analysis and design of nuclear, marine, vehicle and aerospace structures those manufactured from functionally graded materials (FGM).
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.438-443
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1998
In this paper, the axial-bending coupled equations of motion for an elastic layered beam are derived. From this equation of motion, the spectral element is formulated for the vibration analysis by use of the spectral element method (SEM). The modal analysis methodology for the present coupled field equations of motion is then developed. As an illustrative example, a cantilevered beam is considered. The correctness of the equations of motion developed herein is verified by gradually reducing the thickness of upper elastic layer to converge to the single layered elastic beam solutions. Also, the accuracy of spectral element is confirmed by comparing its results with the result by modal analysis.
The ability of time reversal techniques to focus ultrasonic beams on the source location is important in many aspects of ultrasonic nondestructive evaluation. In this paper, we investigate the time reversal beam focusing of ultrasonic array sensors on a defect in layered media. Numerical modeling is performed using the commercially available software which employs a time domain finite difference method. Two different time reversal approaches are considered - the through transmission and the pulse-echo. Linear array sensors composed of N elements of line sources are used for signal reception/excitation, time reversal, and reemission in time reversal processes associated with the scattering source of a side-drilled hole located in the second layer of two layer structure. The simulation results demonstrate the time reversal focusing even with multiple reflections from the interface of layered structure. We examine the focusing resolution that is related to the propagation distance, the size of array sensor and the wavelength.
구조물을 용접할 시에는 열전도에 따른 온도 분포의 불균일에 의해 구조물에서 잔류 응력 및 변형이 발생되게 된다. 열전도에 따른 구조물의 거동을 기술하기 위해서는 열탄소성해석이 필요하게 되는데, 본 연구에서는 1차원 적층보 이론을 이용해서 보의 변형 및 잔류 응력을 계산하였다. 기존의 1차원 열탄소성 해석에서는 용접 길이가 무한해야만 성립하는 평형조건을 이용하고 있고, 경계 조건이 적절히 반영되지 못하는 제한성이 있었다. 그러나 증분 유한 요소법에 기초한 적층보 이론은 이런 제한성을 극복할 수 있다. 2차원 열탄소성 해석에서는 자유도의 증가에 따라 계산 시간이 방대해 지고, 변형 계산시에는 부정확성이 있는데에 비하여 적층보 해석에서는 2차원 해석과 같이 보 깊이 방향의 재료 성질 변화도 고려할 수 있고, 2차원 해석에 비해 자유도가 대폭 감소되었으며, 변형 계산에서도 실험치와 잘 부합되고 있다.
Starting with the geometrically non-linear formulation and the subsequent linearization, this paper presents a consistent formulation of the exact mechanical analysis of geometrically and materially linear three-layer continuous planar beams. Each layer of the beam is described by the geometrically linear beam theory. Constitutive laws of layer materials and relationships between interlayer slips and shear stresses at the interface are assumed to be linear elastic. The formulation is first applied in the analysis of a three-layer simply supported beam. The results are compared to those of Goodman and Popov (1968) and to those obtained from the formulation of the European code for timber structures, Eurocode 5 (1993). Comparisons show that the present and the Goodman and Popov (1968) results agree completely, while the Eurocode 5 (1993) results differ to a certain degree. Next, the analytical solution is used in formulating a general procedure for the analysis of layered continuous beams. The applications show the qualitative and quantitative effects of the layer and the interlayer slip stiffnesses on internal forces, stresses and deflections of composite continuous beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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