Steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite structure with corrugated-strip connectors (CSC) has the potential to be used in buildings and offshore structures. In this structure, CSCs are used to bond steel face plates and concrete. To overcome executive problems, in the proposed system by the authors, shear connectors are one end welded as double skin composites. Hence, this system double skin with corrugated-strip connectors (DSCS) is named. In this paper, finite element model (FEM) of push-out test was presented for the basic component of DSCS. ABAQUS/Explicit solver in ABAQUS was used due to the geometrical complexity of the model, especially in the interaction of the shear connectors with concrete. In order that the explicit analysis has a quasi-static behavior with a proper approximation, the kinetic energy (ALLKE) did not exceed 5% to 10% of the internal energy (ALLIE) using mass-scaling. The FE analysis (FEA) was validated against those from the push-out tests in the previous work of the authors published in this journal. By comparing load-slip curves and failure modes, FEMs with suitable analysis speed were consistent with test results.
To study the effects of foam core density and face-sheet thickness on the mechanical properties and failure modes of aluminum foam sandwich (AFS) beam, especially when the aluminum foam core is made in aluminum alloy and the face sheet thickness is less than 1.5 mm, three-point bending tests were investigated experimentally by using WDW-50E electronic universal tensile testing machine. Load-displacement curves were recorded to understand the mechanical response and photographs were taken to capture the deformation process of the composite structures. Results demonstrated that when foam core was combined with face-sheet thickness of 0.8 mm, its carrying capacity improved with the increase of core density. But when the thickness of face-sheet increased from 0.8 mm to 1.2 mm, result was opposite. For AFS with the same core density, their carrying capacity increased with the face-sheet thickness, but failure modes of thin face-sheet AFS were completely different from the thick face-sheet AFS. There were three failure modes in the present research: yield damage of both core and bottom face-sheet (Failure mode I), yield damage of foam core (Failure mode II), debonding between the adhesive interface (Failure mode III).
본 연구에서는 Lagrangian 및 Hermite 보간함수를 혼합정식화한 유한요소법과 다양한 전단변형함수로 등방성, 대칭 적층 및 샌드위치판 모델을 제시하였다. 제시된 전단변형이론은 판의 상하면에서 전단응력이 0이 되는 다항식, 삼각함수, 쌍곡삼각함수 및 지수함수로 구성되어 있다. 모든 전단변형함수는 해석해, 정해 및 기발표된 유한요소 결과치와 비교하였으며, 합리적인 정확도를 갖는 것으로 예측되었다. 특히, 지수형태의 전단변형함수(Karama et al. 2003; Aydogu 2009)가 적층 및 샌드위치판 해석에 있어서 상대적으로 가장 우수한 결과를 보였다.
The piezoelectric transverse $d_{15}$ shear sensing mechanism is firstly assessed experimentally for a cantilever smart sandwich plate made of a piezoceramic axially poled patched core and glass fiber reinforced polymer composite faces. Different electrical connections are tested for the assessment of the sensor performance under a varying amplitude harmonic (at 24 Hz) force. Also, the dynamic response of the smart sandwich composite structure is monitored using different acquisition devices. The obtained experimentally sensed voltages are compared to those resulting from the benchmark three-dimensional piezoelectric coupled finite element simulations using a commercial code where realistic features, like equipotential conditions on the patches' electrodes and mechanical updating of the clamp, are considered. Numerically, it is found that the stiffness of the clamp, which is much softer than the ideal one, has an enormous influence on the sensed voltage of its adjacent patch; therefore, sensing with the patch on the free side would be more advantageous for a cantilever configuration. Apart from confirming the latter result, the plate benchmark experimental assessment showed that the parallel connection of its two oppositely poled patches has a moderate performance but better than the clamp side patch acting as an individual sensor.
In the present work, by considering the agglomeration effect of single-walled carbon nanotubes, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite sandwich plates resting on Pasternak foundation are presented. The volume fractions of randomly oriented agglomerated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. To determine the effect of CNT agglomeration on the elastic properties of CNT-reinforced composites, a two-parameter micromechanical model of agglomeration is employed. In this research work, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented straight CNTs. The 2-D generalized differential quadrature method (GDQM) as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the equations of motion and to implement the various boundary conditions. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The benefit of using the considered power-law distribution is to illustrate and present useful results arising from symmetric and asymmetric profiles. The effects of two-parameter elastic foundation modulus, geometrical and material parameters together with the boundary conditions on the frequency parameters of the laminated FG nanocomposite plates are investigated. It is shown that the natural frequencies of structure are seriously affected by the influence of CNTs agglomeration. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated plates.
Marante, Maria E.;Barreto, Wilmer J.;Picon, Ricardo A.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권5호
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pp.545-552
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2019
The analysis and design of complex structures like sandwich-panel elements are difficult; the use of finite element method for the analysis is complicated and time consuming when non-linear effects are considered. On the other hand, artificial neural network (ANN) models can capture the non-linear effects and its application requires lesser computational demand. Two ANN models were trained, tested and validated to compute the force for a given displacement of a sandwich-type roof element; 2555 force and element deformation pairs were used for training the ANN models. For the models trained without considering the damping effect, there were two values in the input layer: maximum displacement and current displacement, and for the model considering damping, displacement from the previous step was used as an additional input. Totally, 400 ANN models were trained. Results show that there is a good agreement between the experimental and simulated data, and the models showed a good performance with a mean square error value of 4548.85. Both the ANN models could simulate the inelastic behaviour, loss of rigidity, and evolution of permanent displacements. The models could also interpolate and extrapolate, which enables them to be used as an analysis and design tool for such complex elements.
Viscoelastic sandwich structures (VSSs) are widely used in mechanical equipment, but in the service process, they always suffer from aging which affect the whole performance of equipment. Therefore, aging state recognition of VSSs is significant to monitor structural state and ensure the reliability of equipment. However, non-stationary vibration response signals and weak state change characteristics make this task challenging. This paper proposes a novel method for this task based on adaptive second generation wavelet packet transform (ASGWPT) and multiwavelet support vector machine (MWSVM). For obtaining sensitive feature parameters to different structural aging states, the ASGWPT, its wavelet function can adaptively match the frequency spectrum characteristics of inspected vibration response signal, is developed to process the vibration response signals for energy feature extraction. With the aim to improve the classification performance of SVM, based on the kernel method of SVM and multiwavelet theory, multiwavelet kernel functions are constructed, and then MWSVM is developed to classify the different aging states. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed method, different aging states of a VSS are created through the hot oxygen accelerated aging of viscoelastic material. The application results show that the proposed method can accurately and automatically recognize the different structural aging states and act as a promising approach to aging state recognition of VSSs. Furthermore, the capability of ASGWPT in processing the vibration response signals for feature extraction is validated by the comparisons with conventional second generation wavelet packet transform, and the performance of MWSVM in classifying the structural aging states is validated by the comparisons with traditional wavelet support vector machine.
Honeycomb sandwich composite structures have been widely used in aircraft and military industry because of light weight and high stiffness. Accurate mechanical properties of honeycomb materials are needed for analysis of sandwich composites. In this study, theoretical formula for elastic modulus of honeycomb materials was established considering bending and axial deformations of their walls. Finite-element analysis results were compared with theoretical ones of the longitudinal and transverse moduli of honeycomb materials. Consequently, the mechanical properties of honeycomb materials could be analytically predicted.
A canard type aircraft, which has good wing stall and stall/spin-proof characteristics, is under development. The aircraft prototype has full-depth core sandwich type wing and fixed landing gear, and has been built for test flights. Newly developing aircraft will be equipped with retractable landing gear and conventional foam core sandwich laminate structures and multi-rib wings. In this study, we present the structural test procedure and result for aircraft Firefly.
2차 보강 접착을 한 F.R.P. sandwich 보에 대한 굽힘 거동 특성을 실험적으로 연구하였다. 굽힘 실험을 위해 시편의 면재는 chopped mat 300-450, roving clothes 570과 심재는 urethane foam core, resin은 불포화 polyester 713-bp 선박용을 사용하였고 Resin과 Fiber의 비율을 55 대 45로 하여 제작하였다. 이 연구의 주요 목적은 double-strap-joint 로 2차 보강한 샌드위치 보의 정확한 굽힘 거동특성을 알기 위해서이고 2차 보강 접착을 이용한 sandwich 구조의 설계, 유지 및 보수 시의 2차 보강 ply의 두께 및 길이 결정을 제안했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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