This paper is concerned with the numerical calculation of mixed-mode stress intensity factors (SIFs) of 2-D isotropic functionally graded materials (FGMs) by the natural element method (more exactly, Petrov-Galerkin NEM). The spatial variation of elastic modulus in non-homogeneous FGMs is reflected into the modified interaction integral ${\tilde{M}}^{(1,2)}$. The local NEM grid near the crack tip is refined, and the directly approximated strain and stress fields by PG-NEM are enhanced and smoothened by the patch recovery technique. Two numerical examples with the exponentially varying elastic modulus are taken to illustrate the proposed method. The mixed-mode SIFs are parametrically computed with respect to the exponent index in the elastic modulus and external loading and the crack angle and compared with the other reported results. It has been justified from the numerical results that the present method successfully and accurately calculates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D non-homogeneous functionally graded materials.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.16
no.2
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pp.171-179
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2017
In this paper, microstrip antenna using multi-layer and folded structure for GPS application is presented for aircraft loading. Existing microstrip patch antenna used dielectric of high specific inductive capacity to miniaturize that cause smaller bandwidth and decline of efficiency due to dielectric loss. To compensate the existing flaws, Rogers TMM 10i(dielectric constant=9.8, loss tangent=0.002) is used for multi-layer dielectric miniaturization, and we construct folded radiating element on the surface of the dielectric applying perturbation effect. The antenna is designed in the bandwidth of GPS $L_1$ band, and the size of the antenna's radiating element is $20.3mm{\times}19.93mm$, and it gets 94.2% miniaturized characteristic of basic ${\lambda}/2$ microstrip patch antenna. Also the measured -10 dB bandwidth is 32.3 MHz(2.05%), 3 dB axial ratio bandwidth is 6.7 MHz(0.43%). Measured radiation patterns was maximum gain of 0.56 dBi at x axis polarization, 1.23 dBi at y axis polarization.
Reactive oxygen species (ROS) and nitrogen species (RNS) are both important signaling molecules involved in pain transmission in the dorsal horn of the spinal cord. Xanthine oxidase (XO) is a well-known enzyme for the generation of superoxide anions ($O_2^{\bullet-}$), while S-nitroso-N-acetyl-DL-penicillamine (SNAP) is a representative nitric oxide (NO) donor. In this study, we used patch clamp recording in spinal slices of rats to investigate the effects of $O_2^{\bullet-}$ and NO on the excitability of substantia gelatinosa (SG) neurons. We also used confocal scanning laser microscopy to measure XO- and SNAP-induced ROS and RNS production in live slices. We observed that the ROS level increased during the perfusion of xanthine and xanthine oxidase (X/XO) compound and SNAP after the loading of 2',7'-dichlorofluorescin diacetate ($H_2DCF-DA$), which is an indicator of intracellular ROS and RNS. Application of ROS donors such as X/XO, ${\beta}-nicotinamide$ adenine dinucleotide phosphate (NADPH), and 3-morpholinosydnomimine (SIN-1) induced a membrane depolarization and inward currents. SNAP, an RNS donor, also induced membrane depolarization and inward currents. X/XO-induced inward currents were significantly decreased by pretreatment with phenyl N-tert-butylnitrone (PBN; nonspecific ROS and RNS scavenger) and manganese(III) tetrakis(4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP; superoxide dismutase mimetics). Nitro-L-arginine methyl ester (NAME; NO scavenger) also slightly decreased X/XO-induced inward currents, suggesting that X/XO-induced responses can be involved in the generation of peroxynitrite ($ONOO^-$). Our data suggest that elevated ROS, especially $O_2^{\bullet-}$, NO and $ONOO^-$, in the spinal cord can increase the excitability of the SG neurons related to pain transmission.
Generally, the girder spacing of the two-girder composite bridge is from 5m up to 15m. To ensure the structural safety according to Korean Bridge Design Specification, the deck depth should be from 33 cm upto 73 cm. Using the transversal prestressing strands in concrete deck, we can reduce its depth about 10%. However, there is little experience on the design and construction of prestressed concrete(PSC) decks in Korea. This paper focuses on the behaviors of PSC deck. A literature survey is performed widely. Considering the characteristics of the two-girder bridge and the construction conditions in Korea, a cast-in-place PSC deck is recommended for the two-girder bridge with 6m girder spacing. To examine its structural behaviors and safety, three partial model deck specimens(3 m$\times$5 m) with real scale are fabricated md tested. One(PS34-RS) is 34cm depth with the stiffness restraint in longitudinal edges for simulating the real bridge deck. Another(PS34-NS) is same depth without the stiffness restraint, and the other(PS28-NS) is 28cm depth with the stiffness restraint. Under the static patch loading, each specimen had a larger ultimate flexural strength than the design value. Specimens with the stiffness restraint (PS34-RS and PS28-RS) showed the punching shear failure mode and specimen without that(PS34-NS) showed the flexural failure mode.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.14
no.5
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pp.38-43
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2015
In this paper, we present novel dual-band microstrip antennas using inverted-L-shaped parasitic elements vertically at radiation apertures for GPS L1(1.575 GHz) and L2(1.227 GHz) bands. For making dual band which has large interval, the inverted-L-shaped parasitic element was loaded at the radiation aperture of a half-wavelength patch antenna(GPS L1) in opposite direction of the feeding point for receiving the low frequency(GPS L2). The low frequency occurs by perturbation and coupling between the patch and parasitic. Next, due to use circular polarizations at the GPS applications, two inverted-L-shaped parasitic elements were loaded at radiation apertures of each polarizations and the feeding point was moved at diagonal part of the patch. The dimensions of the designed circularly polarized antenna were $88.5{\times}79{\times}10.4mm^3$ ($0.36{\lambda}L{\times}0.32{\lambda}L{\times}0.04{\lambda}L$, ${\lambda}L$ is the free-space wavelength at 1.227 GHz). Measured -10 dB bandwidths were 116.3 MHz(7.4%) and 64.3 MHz(5.2%) at GPS L1 and L2 bands, respectively. All of these cover the respective required system bandwidths. The measured 3 dB axial ratio bandwidths were 11.7 MHz(0.74%) and 14 MHz(1.14%), respectively. Within each of the designed bands, broadside radiation patterns were observed.
This paper presents a flexible low-profile antenna sensor for fatigue crack detection and monitoring. The sensor was inspired by the sense of pain in bio-systems as a protection mechanism. Because the antenna sensor does not need wiring for power supply or data transmission, it is an ideal candidate as sensing elements for the implementation of engineering sensor skins with a dense sensor distribution. Based on the principle of microstrip patch antenna, the antenna sensor is essentially an electromagnetic cavity that radiates at certain resonant frequencies. By implementing a metallic structure as the ground plane of the antenna sensor, crack development in the metallic structure due to fatigue loading can be detected from the resonant frequency shift of the antenna sensor. A monostatic microwave radar system was developed to interrogate the antenna sensor remotely. Fabrication and characterization of the antenna sensor for crack monitoring as well as the implementation of the remote interrogation system are presented.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.5
no.4
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pp.822-828
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2001
In this paper, a high gain microstrip antenna with rectangular cavity backed is designed. A single microstrip patch is basically a low gain radiator As a ga in enhancement method, superstrate loading techniques are applied to the $2\times2$ microstrip array antenna with cavity backed. In antenna design, although the broadside gain increases as the cavity is enlarged, a cavity size of $3\times3$ wavelength is sufficient. The distance between the radiating elements is chosen as 1.5 free-space wavelength. The antenna radiation characteristics are calculated by IE3D software and compared with the experimental results. Experimental results show that the maximum gain is 18.6dBi at the frequency of 9.16GHz, which is good agreement with the calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.11
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pp.1711-1718
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2004
When the tracked vehicle is running on various types of terrain, the physical properties of the interacting ground can be different. In this paper, the interactions between track link and soft soil ground are investigated using static sinkage theory of soil ground. Grouser surfaces of a track link and triangular patches of ground are implemented for contact detection algorithm. Contact force at each segment area of a track link is computed respectively by using virtual work concept. Bekker's static soil sinkage model is applied for pressure-sinkage relationship and shear stress-shear displacement relationship proposed by Janosi and Hanamoto is used for tangential shear forces. The repetitive normal loads of a terrain are considered because a terrain element is subject to the repetitive loading of the roadwheels of a tracked vehicle. The methods how to apply Bekker's soil theory for multibody track system are proposed in this investigation and demonstrated numerically by high mobility tracked vehicle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.983-989
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2011
A numerical algorithm for predicting fretting wear was developed using the boundary element method (BEM). A contact analysis was performed numerically using the relation between the elastic displacement and uniformly distributed loading of a rectangular patch on a semi-infinite solid. Geometrical updating based on nodal wear depths was performed. The wear depths were computed using the Archard's equation for sliding wear. In order to investigate the efficiency of BEM for predicting fretting wear, a problem involving a two-dimensional cylinder on a flat contact was analyzed, comparing it with the simulation model proposed by McColl et al. that was based on the finite element method. The developed method was then applied to the analysis of a spherical contact and it was shown that the developed simulation technique could efficiently predict fretting wear. Moreover, the effect of a step cycle on the solution obtained by the developed method was investigated.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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