In this paper, an improved mathematical model is presented for the bending analysis of doubly curved functionally graded material (FGM) sandwich rhombic conoids. The mathematical model includes expansion of Taylor's series up to the third degree in thickness coordinate and normal curvatures in in-plane displacement fields. The condition of zero-transverse shear strain at upper and lower surface of rhombic conoids is implemented in the present model. The newly introduced feature in the present mathematical model is the simultaneous inclusion of normal curvatures in deformation field and twist curvature in strain-displacement equations. This unique introduction permits the new 2D mathematical model to solve problems of moderately thick and deep doubly curved FGM sandwich rhombic conoids. The distinguishing feature of present shell from the other shells is that maximum transverse deflection does not occur at its center. The proposed new mathematical model is implemented in finite element code written in FORTRAN. The obtained numerical results are compared with the results available in the literature. Once validated, the current model was employed to solve numerous bending problems by varying different parameters like volume fraction indices, skew angles, boundary conditions, thickness scheme, and several geometric parameters.
This paper presents the semi-analytical development of the dynamic instability behavior and the dynamic response of functionally graded (FG) cylindrical shallow shell panel subjected to different type of periodic axial compression. First, in prebuckling analysis, the stresses distribution within the panels are determined for respective loading type and these stresses are used to study the dynamic instability behavior and the dynamic response. The prebuckling stresses within the shell panel are the same as applied in-plane edge loading for the case of uniform and linearly varying loadings. However, this is not true for the case of parabolic loadings. The parabolic edge loading produces all the stresses (${\sigma}_{xx}$, ${\sigma}_{yy}$ and ${\tau}_{xy}$) within the FG cylindrical panel. These stresses are evaluated by minimizing the membrane energy via Ritz method. Using these stresses the partial differential equations of FG cylindrical panel are formulated by applying Hamilton's principal assuming higher order shear deformation theory (HSDT) and von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ non-linearity. The non-linear governing partial differential equations are converted into a set of Mathieu-Hill equations via Galerkin's method. Bolotin method is adopted to trace the boundaries of instability regions. The linear and non-linear dynamic responses in stable and unstable region are plotted to know the characteristics of instability regions of FG cylindrical panel. Moreover, the non-linear frequency-amplitude responses are obtained using Incremental Harmonic Balance (IHB) method.
This paper presents an inelastic buckling behavior analysis of rectangular hollow steel tubes with geometrical imperfections under elevated temperatures. The main variables are the temperature loads, slenderness ratios, and exposure conditions at high temperatures. The material and structural properties of steels at different temperatures are based on Eurocode (EN 1993-1-2, 2005). In the elastic buckling analysis, the buckling strength decreases linearly with the exposure conditions, whereas the inelastic buckling analysis shows that the buckling strength decreases in clusters based on the exposure conditions of strong and weak axes. The buckling shape of the rectangular steel column in the elastic buckling mode, which depicts geometrical imperfection, shows a shift in the position at which bending buckling occurs when the lower section of the member is exposed to high temperatures. Furthermore, lateral torsional buckling occurs owing to cross-section deformation when the strong axial plane of the model is exposed to high temperatures. The elastic buckling analysis indicates a conservative value when the model is exposed to a relatively low temperature, whereas the inelastic buckling analysis indicates a conservative value at a certain temperature or higher. The comparative results between the inelastic buckling analysis and Eurocode 3 show that a range exists in which the buckling strength in the design equation result is overestimated at elevated temperatures, and the shapes of the buckling curves are different.
A detailed experimental program was conducted to investigate the flexural behavior of ultra high performance concrete (UHPC) beams reinforced with high strength steel (HSS) rebars with a specified yield strength of 600 MPa via direct tensile test and monotonic four-point bending test. First, two sets of direct tensile test specimens, with the same reinforcement ratio but different yield strength of reinforcement, were fabricated and tested. Subsequently, six simply supported beams, including two plain UHPC beams and four reinforced UHPC beams, were prepared and tested under four-point bending load. The results showed that the balanced-reinforced UHPC beams reinforced with HSS rebars could improve the ultimate load-bearing capacity, deformation capacity, ductility properties, etc. more effectively owing to interaction between high strength of HSS rebar and strain-hardening characteristic of UHPC. In addition, the UHPC with steel rebars kept strain compatibility prior to the yielding of the steel rebar, further satisfied the plane-section assumption. Most importantly, the crack pattern of the UHPC beam reinforced with HSS rebars was prone to transform from single main crack failure corresponding to the normal-strength steel, to multiple main cracks failure under the condition of balanced-reinforced failure, which validated by the conclusion of direct tensile tests cooperated with acoustic emission (AE) source locating technique as well.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.4
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pp.58-68
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1994
An equilibrium approach is suggested as an effective tool for the analysis of sheet metal forming processes on the basis of force balance together with geometric relations and plasticity theroy. In computing a force balance equation, it is required to define a geometric curve approximating the shape of the sheet metal at any step of deformation from the geometric interaction between the die and the deforming sheet. Then the geometic informations for contacting and non-contacting sections of the sheet metal such as the number and length of both non-contact region, contact angle, and die radius of contact section are known from the geometric forming curve and utilized for optimization by force balance equation. In computation, the sheet material is assumed to be of normal amisotropy and rigid-phastic workhardening. It has been shown that there are good agreements between the equilibrium approach and FEM computation for the benchmark test example and auto-body panels whose sections can be assumed in plane-strain state. The proposed equilibrium approach can thus be used as a robust computational method in estimating the forming defects and forming severity rather quickly in the die design stage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.3
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pp.42-52
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1995
An UBET(Upper Bound Elemental Techniquel) program has been developed to analyze forging load, die-cavity filling and effective strain distribution for flashless non-axisymmetric forging. To analyze the process easily, it is suggested that the deforma- tion is divided into two different parts. Those are axisymmetric part in corner and plane- strain part in lateral. The total power consumption is minimized through combination of two deformation parts by building block method, form which the upper-bound forging load, the flow pattern, the grid pattern, the velocity distribution and the effective strain are deter- mined. To show the merit of flashless forging, the results of flashless and flash-forging processes are compared through theory and experiment. Experiments have been carried out with plasticine billets at room temperature. The theoretical predictions of the forging load and the flow pattern are in good agrement with the experimental results.
Moon, Kyo Young;Kim, Sung Jig;Lee, Kihak;Kim, Yong Nam
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.81-88
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2022
The paper introduces an experimental program for the newly developed vertical joints between Precast Concrete (PC) walls to improve their in-plane shear capacity. Compared to the existing vertical joints, two types of vertical joints were developed by increasing the transverse reinforcement ratio and improving frictional force at the joint interface. A total of four specimens including the Reinforced Concrete (RC) wall and PC walls with developed vertical joints were designed and constructed. The constructed specimens were experimentally investigated through monotonic shear tests. The observed damage, load-deformation relationship, strain and strength are investigated and compared with the cases of RC wall specimen. Experimental results indicate that the maximum force and initial stiffness of the PC wall with proposed vertical joints were decreased by comparing with those of RC wall. However, the ultimate displacement increased by up to 217.30% compared to the RC wall specimen. In addition, brittle failure did not occurred and relatively few cracks and damages occurred.
Shored Mechanically Stabilized Earth (SMSE) walls are types of soil retaining structures that increase soil stability under static and dynamic loads. The damage caused by an earthquake can be determined by evaluating the probabilistic seismic response of SMSE walls. This study aimed to assess the seismic performance of SMSE walls and provide fragility curves for evaluating failure levels. The generated fragility curves can help to improve the seismic performance of these walls through assessing and controlling variables like backfill surface settlement, lateral deformation of facing, and permanent relocation of the wall. A parametric study was performed based on a non-linear elastoplastic constitutive model known as the hardening soil model with small-strain stiffness, HSsmall. The analyses were conducted using PLAXIS 2D, a Finite Element Method (FEM) program, under plane-strain conditions to study the effect of the number of geogrid layers and the axial stiffness of geogrids on the performance of SMSE walls. In this study, three areas of damage (minor, moderate, and severe) were observed and, in all cases, the wall has not completely entered the stage of destruction. For the base model (Model A), at the highest ground acceleration coefficient (1 g), in the moderate damage state, the fragility probability was 76%. These values were 62%, and 54%, respectively, by increasing the number of geogrids (Model B) and increasing the geogrid stiffness (Model C). Meanwhile, the fragility values were 99%, 98%, and 97%, respectively in the case of minor damage. Notably, the probability of complete destruction was zero percent in all models.
In the present work, the deformation and stresses induced in a functionally graded disk have been reported for different loading conditions. The governing differential equation is solved using the classical method namely Navier's method by considering thermal and mechanical boundary conditions at the surface of the disk. To simplify solving the second-order differential equation, a plane stress condition was assumed. Following validation using a one-dimensional steady-state heat condition problem, temperature variations were computed for constant heat generation and varying conductivity. The research aims to investigate both the individual and combined effects of rotation, gravity, and temperature with constant heat generation on a hollow disk operating under complex loading conditions. The results demonstrated a high degree of accuracy when compared with those in existing literature. Material properties, such as Young's modulus, density, conductivity, and thermal expansion coefficient, were modeled using a power law variation along the disk's radius by considering aluminum as a base material. The proposed analytical method is straightforward, providing valuable insights into the behavior of disks under various loading conditions. This method is particularly useful for researchers and industries in selecting appropriate loading conditions and grading parameters for engineering applications, including aerospace components, energy systems, and rotary machinery parts.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.301-307
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2015
A bond-based peridynamic model has been shown to be capable of analyzing many of dynamic brittle fracture phenomena. However, there have been issued limitations on handling constitutive models of various materials. Especially, it assumes bonds act independently of each other, so that Poisson's ratio for 3D model is fixed as 1/4 as well as taking only account the bond stretching results in a volume change not a shear change. In this paper a state-based peridynamic model of dynamic brittle fracture is presented. The state-based peridynamic model is a generalized peridynamic model that is able to directly use a constitutive model from the standard theory. It permits the response of a material at a point to depend collectively on the deformation of all bonds connected to the point. Thus, the volume and shear changes of the material can be reproduced by the state-based peridynamic theory. For a linearly elastic solid, a plane stress model is introduced and the damage model suitable for the state-based peridynamic model is discussed. Through a convergence study under decreasing the peridynamic nonlocal region($\delta$-convergence), the dynamic fracture model is verified. It is also shown that the state-based peridynamic model is reliable for modeling dynamic crack propagatoin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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