Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.775-786
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2002
A Mixed Volume and Boundary Integral Equation Method is applied for the effective analysis of elastic wave scattering problems and plane elastostatic problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions and voids or isotropic inclusions. It should be noted that this newly developed numerical method does not require the Green's function for anisotropic inclusions to solve this class of problems since only Green's function for the unbounded isotropic matrix is involved in their formulation for the analysis. This new method can also be applied to general two-dimensional elastodynamic and elastostatic problems with arbitrary shapes and number of anisotropic inclusions and voids or isotropic inclusions. In the formulation of this method, the continuity condition at each interface is automatically satisfied, and in contrast to finite element methods, where the full domain needs to be discretized, this method requires discretization of the inclusions only. Finally, this method takes full advantage of the pre- and post-processing capabilities developed in FEM and BIEM. Through the analysis of plane elastostatic problems in unbounded isotropic matrix with orthotropic inclusions and voids or isotropic inclusions, and the analysis of plane wave scattering problems in unbounded isotropic matrix with isotropic inclusions and voids, it will be established that this new method is very accurate and effective for solving plane wave scattering problems and plane elastic problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions and voids/cracks or isotropic inclusions.
This work investigates the elastic buckling characteristics of laminated composite trapezoidal corrugated plates with simply supported edges using the analytical method. In the analysis, three types of in-plane loading conditions: uniaxial, biaxial and shear loads are considered. Because it is very difficult to determine the mechanical behavior of 3-dimensional corrugated structures analytically, the equivalent homogenization model is adapted to investigate the overall mechanical behavior of corrugated plates. The corrugated element is homogenized as an orthotropic material. The previous formulae for bending rigidities of corrugated plate are adapted in this paper. The comparisons of the proposed analytical results with those of FEA based on the shell element are made to verify the proposed analytical method. In the comparison study both the critical buckling loads and the buckling mode shapes are presented. Some numerical results are presented to check the effect of the geometric properties.
A free vibration analysis and wave propagation of triclinic and orthotropic plate has been presented in this work using an efficient quasi 3D shear deformation theory. The novelty of this paper is to introducing this theory to minimize the number of unknowns which is three; instead four in other researches, to studying bulk waves in anisotropic plates, other than it can model plates with great thickness ratio, also. Another advantage of this theory is to permits us to show the effect of both bending and shear components and this is carried out by dividing the transverse displacement into the bending and shear parts. Hamilton's equations are a very potent formulation of the equations of analytic mechanics; it is used for the development of wave propagation equations in the anisotropic plates. The analytical dispersion relationship of this type of plate is obtained by solving an eigenvalue problem. The accuracy of the present model is verified by confronting our results with those available in open literature for anisotropic plates. Moreover Numerical examples are given to show the effects of wave number and thickness on free vibration and wave propagation in anisotropic plates.
In engineering design, the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was mostly calculated by the average elastic modulus method or the classical laminated plate theory method, which are based on relatively simplified assumptions, and may be not accurate enough sometimes. A new analytical calculation method for the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was established based on three-dimensional stress state. By comparing the results calculated by this method with those by the above two traditional analytical methods and the finite element method, it is found that this method for the axial equivalent elastic modulus fits well not only for thin-walled pipes with orthotropic layers, but also for thick-walled pipes with arbitrary layers. Besides, the influence of the layer stacking on the axial equivalent elastic modulus was studied with this method. It is found that a proper content of circumferential layer is beneficial for improving the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers, and then can reduce its material quantity under the premise that its axial stiffness remains unchanged. Finally, the meso-mechanical mechanism of this effect was analyzed. The improving effect of circumferential layer on the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers is mainly because that, the circumferential fibers can restrain the rigid body rotations of the oblique fibers, which tend to cause the significant deformations of the pipe wall units and the relatively low axial equivalent elastic modulus of the pipe.
This paper describes the results of structural integrity and crashworthiness of Automatic Guideway Transit(AGT) vehicle made of sandwich composites. The applied sandwich composite of vehicle structure was composed of aluminum honeycomb core and WR580/NF4000 glass fabric/epoxy laminate composite facesheet. Material testing was conducted to determine the input parameters for the composite facesheet model, and the effective equivalent damage model fer the orthotropic honeycomb core material. The finite element analysis using ANSYS v11.0 was dont to evaluate structural integrity of AGT vehicle according to JIS E 7105 and ASCE 21-98. Crashworthiness analysis was carried out using explicit finite element code LS-DYNA3D with the lapse of time. The crash condition was frontal accident with speed of 10km/h at rigid wall. The results showed that the structural integrity and crashworthiness of AGT vehicle were proven under the specified loading and crash conditions. Also, the modified Chang-Chang failure criterion was recommended to evaluate the failure modes of composite structures after crashworthiness event.
This paper presents the evaluation of crashworthiness and rollover characteristics of low-floor bus vehicles made of aluminum honeycomb sandwich composites with glass-fabric epoxy laminate facesheets. Crashworthiness and rollover analysis of low-floor bus was carried out using explicit finite element analysis code LS-DYNA3D with the lapse of time. Material testing was conducted to determine the input parameters for the composite laminate facesheet model, and the effective equivalent damage model for the orthotropic honeycomb core material. The crash conditions of low-floor bus were frontal accident with speed of 60km/h. Rollover analysis were conducted according to the safety rules of European standard (ECE-R66). The results showed that the survival space for driver and passengers was secured against frontal crashworthiness and rollover of low-floor bus. Also, The modified Chang-Chang failure criterion is recommended to predict the failure mode of composite structures for crashworthiness and rollover analysis.
Dynamic instability of rotating disks is the most significant factor to limit its rotating speed. Application of composite materials to rotating disks may enhance the dynamic stability leading to a possible design of rotating disks with lightweight and high speed. Whereas much work has been done on the effect of transverse shear and rotary inertia, called Timoshenko effect, on the dynamic behavior of plates, there is little work on the correlation between the effect and the rotation of disk, especially nothing in case of composite disks. The dynamic equations of a rotating composite disk are formulated with the Timoshenko effect and the vibrational analysis is performed by using a commercial package MSC/NASTRAN. According to the results, the Timoshenko effect goes seesaw in some modes, unlike the well-known fact that the effect decreases as the rotating speed increases. And it can be concluded, based only on the present results, that decrement of the Timoshenko effect by disk rotation grows larger as the thickness ratio decreases, the diameter ratio increases, the modulus ratio increases, and the mode number increases.
This paper describes the results of experiments and numerical simulation studies on the low-velocity impact damage of two different sandwich composite panels for application to bodyshell and floor structure of the BIMODAL tram vehicle. Square test samples of 100mm sides were subjected to low-velocity impact loading using an instrumented testing machine at four impact energy levels. Part of this work presented is focused on the finite element analysis of low-velocity impact response onto a sandwich composite panels. It is based on the application of explicit finite element (FE) analysis codes LS-DYNA 3D to study the impact response of sandwich structures under low-velocity impact conditions. Material testing was conducted to determine the input parameters for the metallic and composite material model, and the effective equivalent damage model for the orthotropic honeycomb materials. Numerical and experimental results showed a good agreement for damage area and the depth of indentation of sandwich composite panels created by the impact loading.
Han Xiao;Wei Wang;Chen Xu;Sheraz Abbas;Zhiping Lin
Steel and Composite Structures
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v.50
no.6
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pp.659-674
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2024
Casting Ultra High-Performance Concrete (UHPC) on an orthotropic steel deck and forming a composite action by connectors could improve the steel deck fatigue performance. This study presents the mechanical performance of a proposed post-combination connection between UHPC and steel, which had a low constraint effect on UHPC shrinkage. A total of 10 push-out tests were conducted for static and fatigue performance investigations. And the test results were compared with evaluation methods in codes to verify the latter's applicability. Meanwhile, nonlinear simulation and parametric works with material damage plasticity models were also conducted for the static and fatigue failure mechanism understanding. The static and fatigue test results both showed that fractures at stud roots and surrounding local UHPC crushes were the main failure appearances. Compared with normally arranged studs, group arrangement could result in reductions of static stud shear stiffness, strength, and fatigue lives, which were about 18%, 12%, and 27%, respectively. Compared with the test results, stud shear capacity and fatigue lives evaluations based on the codes of AASHTO, Eurocode 4, JSCE and JTG D64 could be applicable in general while the safety redundancies tended to be smaller or even insufficient for group studs. The analysis results showed that arranging studs in groups caused obviously uneven strain distributions. The severer stress concentration and larger strain ranges caused the static and fatigue performance degradations of group studs. The research outcome provides a very important basis for establishing a design method of connections in the novel post-combination steel-UHPC composite deck.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.16
no.1
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pp.53-59
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2013
Since 1990s, the major recycling methods for mechanical recycling of FRP(Fiber Reinforced Plastics)boats has involved shredding and grinding of the scrap FRP in a new recycled product. But still it leads to secondary problem such as air pollution, unacceptable shredding noise level and few limited applications. This study is to propose a newly advanced method which is more efficient and environment friendly waste FRP regenerating system. As extracting FRP layer and making the recycled fiber for recycled-fiber reinforced concrete(RFRC) from waste FRP, the recycling process has some merits in a sense of the recycling energy and the environmental effects. In this study, for those tasks, spectro-chemical differentiation method and coloring water-soluble dye treatment makes the roving layer more distinguishable photophysically. Also that has remarkably reduced safety hazards and energy. Using the mechanical properties of polymers and composite, FRP with the orthotropic and laminated plastic structure has been easily separated in the new extracting system. Also the new method has introduced five kind of separating manuals for the some different compositions of FRP boats. The roving fiber of laminated glass-fiber layer is as good as the polyvinyl fiber which is cost-high commercial fiber to increasing strength of concrete products. The early study has shown the effectiveness of laminated glass-fiber layer which also is chemical-resistant due to the resin coating. These results imply that more efficient and environment friendly recycled glass fiber can be better applied to the fiber reinforced concrete(FRC) substitute and this study also has shown wide concrete applications with RFRC from the waste FRP boat.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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