Deformations of single crystals were studied using finite element analysis to investigate the localized modes and the orientation dependence of plastic deformation observed in single crystals. Investigation of mechanical properties of single crystals is closely related with the understanding of deformation processes in single crystals. Localized bands such as shear and kink were studied and the material and geometric characteristics that influence the formation of such localized bands were investigated. Orientation dependence of material behavior in NiAl single crystals was studied by rotating slip directions from 'hard' orientation. The maximum nominal compressed stress in NiAl single crystals was widely ranged depending on the misalignment from 'hard' orientation. As the compression axis was set closer to 'hard' orientation, the maximum nominal compressed stress was rapidly increased and made <100> slips difficult to activate. Therefore, non-<100> slips will be activated instead of <100> slips for 'hard' orientation.
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.15
no.1
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pp.61-70
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2005
This study investigated the spinal loads(L5/S1 disc compression and shear forces) predicted from four biomechanical models: one EMG model and three optimization models. Three objective functions used in the optimization models were to miminize 1) the cubed muscle forces : MF3, 2) the cubed muscle stress : MS3, 3) maximum muscle intensity : MI. Twelve healthy male subjects participated in the isometric voluntary exertion tests to six directions : flexion/extension, left/right lateral bending, clockwise/ counterclockwise twist. EMG signals were measured from ten trunk muscles and spinal loads were assessed at 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%MVE(maximum voluntary exertion) in each direction. Three optimization models predicted lower L5/S1 disc compression forces than the EMG model, on average, by 31%(MF3), 27%(MS3), 8%(MI). Especially, in twist and extension, the differences were relatively large. Anterior-posterior shear forces predicted from optimization models were lower, on average, by 27%(MF3), 21%(MS3), 9%(MI) than by the EMG model, especially in flexion(MF3 : 45%, MS3 : 40%, MI : 35%). Lateral shear forces were predicted far less than anterior-posterior shear forces(total average = 124 N), and the optimization models predicted larger values than the EMG model on average. These results indicated that the optimization models could underestimate compression forces during twisting and extension, and anterior-posterior shear forces during flexion. Thus, future research should address the antagonistic coactivation, one major reason of the difference between optimization models and the EMG model, in the optimization models.
Three-dimensional(3D) numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile to adjacent tunnelling conducted in the lateral direction of the pile. In the numerical analyses, the interaction between the tunnel, the pile and the soil next to the pile has been analysed. The study includes the pile settlement, the relative shear displacement between the pile and the soil, the shear stresses at the soil next to the pile and the axial force on the pile. In particular, the shear stress transfer mechanism along the pile related to the tunnel advancement has been rigorously analysed. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil next to the pile during the tunnel advancement, the shear stress and the axial force distributions along the pile have been changed. Downward shear stress developed above the tunnel springline (Z/L=0.0-0.7~0.8), while upward shear stress is mobilised below the tunnel springline (Z/L=0.7~0.8-1.0) resulting in compressive force on the pile, where Z is the pile location and L is the pile length. Maximum compressive force of about $0.475P_a$ was developed on the pile after completion of tunnel advancement, where $P_a$ is the allowable pile capacity. Some insights into the pile behaviour to tunnelling obtained from the numerical analyses will be reported and discussed.
Based on the theory of piezoelasticity, the static performance of a piezoelectric bilayer cantilever fully covered with electrodes on the upper and lower surfaces is studied. Three models are considered, i.e., the sensor model, the driving displacement model and the blocking force model. By establishing suitable boundary conditions and proposing an appropriate Airy stress function, the exact solutions for piezoelectric bilayer cantilevers are obtained, and the effect of ambient thermal excitation is taken into account. Since the layer thicknesses and material parameters are distinguished in different layers, this paper gives unified solutions for composite piezoelectric bilayer cantilevers including piezoelectric bimorph and piezoelectric heterogeneous bimorph, etc. For some special cases, the simplifications of the present results are compared with other solutions given by other researches based on one-dimensional constitutive equations, and some amendments have been found. The present investigation shows: (1) for a PZT-4 piezoelectric bimorph, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are about 19.59%, 23.72% and 7.21%, respectively; (2) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with constant layer thicknesses, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are 9.85%, 11.78% and 4.07%, respectively, and the amendments of the electrode charges induced by an end shear force or an end moment are both 1.04%; (3) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with different layer thicknesses, the maximum amendment of tip deflection approaches 23.72%, and the maximum amendment of electrode charge approaches 31.09%. The present solutions can be used to optimize bilayer devices, and the Airy stress function can be used to study other piezoelectric cantilevers including multi-layered piezoelectric cantilevers under corresponding loads.
The rheological properties of highly concentrated polymer bonded explosive simulant were studied by using poly(ethylene-co-vinyl acetate) with 30 and 60% vinyl acetate (VA) content as a binder, respectively. Calcium carbonate and Dechlorane, whose physical properties are similar to resarch department explosive (RDX)'s, were used as fillers. The suspensions were mixed in a batch melt mixer and it was possible to fill 75 v% at maximum. From dynamic mechanical analysis, Dechlorane showed higher interaction with binder resins than that with calcium carbonate fillers. The effects of microstructural change on the rheological properties of the suspensions were investigated by a plate-plate rheometer with constant shear rate and constant shear stress modes, respectively. The theoretical maximum packing fraction of EVA31/Dechlorane suspension obtained from Krieger-Dougherty equation was 70 v% and it was thought that 2000 Pa was proper shear stress condition for this melt processing.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3B
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pp.253-262
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2006
The present paper presents a direct numerical simulation of turbulent flows in a compound open-channel. Mean flows and turbulence structures are provided, and they are compared with the numerical data and measured data available in the literature. The simulated results show that twin vortices are generated near the juncture of the main channel and the floodplain and their maximum magnitude is about 5% of bulk streamwise velocity. At the juncture, the simulated wall shear stress becomes the maximum unlike the experimental data. A quadrant analysis shows that both sweeps and ejections become the main contributor to production of Reynolds shear stresses. A conditional quadrant analysis reveals that the directional tendency of dominant coherent structures determines the production of Reynolds shear stress and the pattern of twin vortices.
In building structure, the story height can be minimized by providing openings in beams which serves for the utility equipments passing through. The dead space in false ceiling thus put to economical use in the form of a substantial reduction in materials and construction cost. In the case of steel structure, there is no critical risk in the structural strength because of reinforcing methods of stiffness and steel plate but in the case of reinforced concrete structure, proper provision should be made in designing these openings, otherwise there is a risk that these opening will possibly weaken the structural strength of the building frame to a critical degree. In this paper, for the numerical analysis of the reinforced concrete beams with circular opening in the web, expecting stress concentration of the circular opening, reinforcing methods were studied. Twenty test pieces with each different reinforcing methods were tested and their resisting forces were defined. From the numerical analysis and test results, the followings were founded;(1)high shear stress distributed around the openings reduce the shearing strength, (2)from the numerical analysis, the maximum tensile stress occurred at opening nodes 1,7, these phenomena were agreed with the test results, (3)reinforcing method around openings have to carried out for stopping diagonal cracks, and (4)both, by steel plate, and wire mesh, are effective reinforcing methods.
Laboratory experiments were conducted in order to find effects of the intermediate principal stress of ${\sigma}_{2}$ on rock fractures and faults. Polyaxial tests were carried out under the most generalized compressive stress conditions, in which different magnitudes of the least and intermediate principal stresses ${\sigma}_{3}$ and ${\sigma}_{2}$ were maintained constant, and the maximum stress ${\sigma}_{1}$, was increased to failure. Two crystalline rocks (Westerly granite and KTB amphibolite) exhibited similar mechanical behavior, much of which is neglected in conventional triaxial compression tests in which ${\sigma}_{2}$ = ${\sigma}_{3}$. Compressive rock failure took the form of a main shear fracture, or fault, steeply dipping in ${\sigma}_{3}$ direction with its strike aligned with ${\sigma}_{2}$ direction. Rock strength rose significantly with the magnitude of ${\sigma}_{2}$, suggesting that the commonly used Mohr-type failure criteria, which ignore the ${\sigma}_{2}$ effect, predict only the lower limit of rock strength for a given ${\sigma}_{3}$ level. The true triaxial failure criterion for each of the crystalline rocks can be expressed as the octahedral shear stress at failure as a function of the mean normal stress acting on the fault plane. It is found that the onset of dilatancy increases considerably for higher ${\sigma}_{2}$. Thus, ${\sigma}_{2}$ extends the elastic range for a given ${\sigma}_{3}$ and, hence, retards the onset of the failure process. SEM inspection of the micromechanics leading to specimen failure showed a multitude of stress-induced microcracks localized on both sides of the through-going fault. Microcracks gradually align themselves with the ${\sigma}_{1}$-${\sigma}_{2}$ plane as the magnitude of ${\sigma}_{2}$ is raised.
Reasonable estimates of tunnel lining dislocations in the operation stage, especially under longitudinal differential settlement, are important for the design of waterproof gaskets. In this paper, a modified shell-joint model is proposed to calculate shield tunnel dislocations under longitudinal differential settlement, with the ability to consider the nonlinear shear stiffness of the joint. In the case of shell elements in the model, an elastoplastic damage constitutive model was adopted to describe the nonlinear stress-strain relationship of concrete. After verifying its applicability and correctness against a full-scale tunnel test and a joint shear test, the proposed model was used to analyze the dislocation behaviors of a shield tunnel in Shanghai Metro Line 2 under longitudinal differential settlement. Based on the results, when the tunnel structure is solely subjected to water-earth load, circumferential and longitudinal joint dislocations are all less than 0.1 mm. When the tunnel suffers longitudinal differential settlement and the curvature radius of the differential settlement is less than 300 m, although maximum longitudinal joint dislocation is still less than 0.1 mm, the maximum circumferential joint dislocation is approximately 10.3 mm, which leads to leakage and damage of the tunnel structure. However, with concavo-convex tenons applied to circumferential joints, the maximum dislocation value reduces to 4.5 mm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1571-1579
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1997
The development of a new material which should be continuously use under severe environment of very high temperature has been urgently requested. For the development of such super-heat resistant materials, the main problem is not only to make the superior thermal barrier properties but also to actively release thermal stress. So, a new concept of functionally graded material(FGM) has been proposed to overcome this problem. A composition and microstructure of FGM are varied continuously from place to place in ways designed to provide it with the maximum function of mitigating the induced thermal stress. So, FGM can be applied in the aerospace, the electronic and the medical field, etc.. In this study, thermal stress analysis of sintering PSZ/NiCrAlY graded material was conducted theoretically using a finite-element program. The temperature condition was sintering temperature assuming a cooling-down process up to room temperature. Fracture damage mechanism was anlayzed by the parameters of residual stress. It could be known that FGM provided with the function of mitigating the induced thermal stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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