The effects of Spinodal decomposition induced phase separated microstructure of InGaAsP/InP heterostructure on photoluminescence(PL) intensity and FWHM(full-width at half maximum) were investigated in this study. Lattice mismatches were measured by double crystal x-ray diffractometer, and the microstructures of phase separated InGaAsP were observed by transmission electron microscopy. It was found that the misfit stress calculated from lattice mismatch was related to the periodicity of Spinodal modulation. Strong dependence of PL intensity and FWHM on the modulation periodicity was also found. For systematic understanding of these observations, the interaction elastic strain energy function induced by misfit stress was proposed. The calculation illustrated that the microstructure of the epilayer such as Spinodal decomposition played an important role in determining the optoelectronic properties such as PL intensity and PL FWHM.
In the finite element modelling of long-span cable-stayed bridges, there are a lot of uncertainties brought about by the complex structural configuration, material behaviour, boundary conditions, structural connections, etc. In order to reduce the discrepancies between the theoretical finite element model and the actual static and dynamic behaviour, updating is indispensable after establishment of the finite element model to provide a reliable baseline version for further analysis. Traditional sensitivity-based updating methods cannot support updating based on static and dynamic measurement data at the same time. The finite element model is required in every optimization iteration which limits the efficiency greatly. A convenient but accurate Kriging surrogate model for updating of the finite element model of cable-stayed bridge is proposed. First, a simple cable-stayed bridge is used to verify the method and the updating results of Kriging model are compared with those using the response surface model. Results show that Kriging model has higher accuracy than the response surface model. Then the method is utilized to update the model of a long-span cable-stayed bridge in Hong Kong. The natural frequencies are extracted using various methods from the ambient data collected by the Wind and Structural Health Monitoring System installed on the bridge. The maximum deflection records at two specific locations in the load test form the updating objective function. Finally, the fatigue lives of the structure at two cross sections are calculated with the finite element models before and after updating considering the mean stress effect. Results are compared with those calculated from the strain gauge data for verification.
This study aims to solve for nonlinear cylindrical shell systems with a semi-analytical and numerical approach implementing the P-T method. The procedures and conditions for such a study are presented in practically solving and analyzing the cylindrical shell systems. An analytical model for a nonlinear thick cylindrical shell (TCS) is established on the basis of the stress function and Reddy's higher-order shear deformation theory (HSDT). According to Reddy's HSDT, Hooke's law in three dimensions, and the von-Kármán equation, the stress-strain relations are developed for the thick cylindrical shell systems, and the three coupled nonlinear governing equations are thus established and discretized as per the Galerkin method, for implementing the P-T method. The solution generated with the approach is continuous everywhere in the entire time domain considered. The approach proposed can also be used to numerically solve and analyze the nonlinear shell systems. The procedures and recurrence relations for numerical solutions of shell systems are presented. To demonstrate the application of the approach in numerically solving for nonlinear cylindrical shell systems, a specific nonlinear cylindrical shell system subjected to an external excitation is solved numerically. In numerically solving for the system, the present approach shows higher efficiency, accuracy, and reliability in comparison with that of the Runge-Kutta method. The approach with the P-T method presented is practically sound especially when continuous and high-quality numerical solutions for the shell systems are considered.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6C
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pp.349-358
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2008
In performing the reliability analysis for predicting the settlement with time of alluvial clay layer at Kobe airport, the uncertainties of geotechnical properties were examined based on the stochastic and probabilistic theory. By using Terzaghi's consolidation theory as the objective function, the failure probability was normalized based on AFOSM method. As the result of reliability analysis, the occurrence probabilities for the cases of the target settlement of ${\pm}10%,\;{\pm}25%$ of the total settlement from the deterministic analysis were 30~50%, 60%~90%, respectively. Considering that the variation coefficients of input variable are almost similar as those of past researches, the acceptable error range of the total settlement would be expected in the range of 10% of the predicted total settlement. As the result of sensitivity analysis, the factors which affect significantly on the settlement analysis were the uncertainties of the compression coefficient Cc, the pre-consolidation stress Pc, and the prediction model employed. Accordingly, it is very important for the reliable prediction with high reliability to obtain reliable soil properties such as Cc and Pc by performing laboratory tests in which the in-situ stress and strain conditions are properly simulated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.5
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pp.413-420
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2012
In this study, the Kernel integration scheme for 2D linear elastic direct boundary element method has been discussed on the basis of subparametric element. Usually, the isoparametric based boundary element uses same polynomial order in the both basis function and mapping function. On the other hand, the order of mapping function is lower than the order of basis function to define displacement field when the subparametric concept is used. While the logarithmic numerical integration is generally used to calculate Kernel integration as well as Cauchy principal value approach, new formulation has been derived to improve the accuracy of numerical solution by algebraic modification. The subparametric based direct boundary element has been applied to 2D elliptical partial differential equation, especially for plane stress/strain problems, to demonstrate whether the proposed algebraic expression for integration of singular Kernel function is robust and accurate. The problems including cantilever beam and square plate with a cutout have been tested since those are typical examples of simple connected and multi connected region cases. It is noted that the number of DOFs has been drastically reduced to keep same degree of accuracy in comparison with the conventional isoparametric based BEM. It is expected that the subparametric based BEM associated with singular Kernel function integration scheme may be extended to not only subparametric high order boundary element but also subparametric high order dual boundary element.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.6
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pp.619-628
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2011
Human soft tissues, including muscles, ligaments, skin, and blood vessels, are an interesting subject because damage to them can be observed in everyday life. Besides the lack of available experimental data and the large deformation upon loading, the anisotropic and compressible nature of annulus fibrosus makes it more difficult to find a simple material model. A fiber-reinforced hyperelastic material model is used to determine the stress-strain curves upon uniaxial loading. The energy potential function for annulus fibrosus is composed of three different parts: matrix, fibers, and matrix-fiber interaction, which accounts for the angles between two families of fibers. In this paper, two different types of energy potential function for the matrix are considered, and are inserted into the fiber-reinforced model. The calculated results are compared with the Neo-Hookean model and experimental data, and reasonable agreement is observed overall.
The localized shear and the slip lines are easily observed in elastic-brittle-plastic rock. After yielding, the strength of the brittle rock suddenly drops from the peak value to the residual value, and there are slip lines which divide the macro rock into numbers of elements. There are slippages of elements along the slip lines and the displacement field in the plastic region is discontinuous. With some restraints, the discontinuities can be described by the combination of two smooth functions, one is for the meaning of averaging the original function, and the other is for characterizing the breaks of the original function. The slip lines around the circular opening in the plastic region of an isotropic H-B rock which subjected to a hydrostatic in situ stress can be described by the logarithmic spirals. After failure, the deformation mechanism of the plastic region is mainly attributed to the slippage, and a slippage parameter is introduced. A new analytical solution is presented for the plane strain analysis of displacements around circular openings. The displacements obtained by using the new solution are found to be well coincide with the exact solutions from the published sources.
Mohammed Sid Ahmed Houari;Aicha Bessaim;Tarek Merzouki;AhmedAmine Daikh;Aman Garg;Abdelouahed Tounsi;Mohamed A. Eltaher;Mohamed-Ouejdi Belarbi
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.1
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pp.1-11
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2024
This article introduces a novel analytical model for examining the impact of porosity on shear correction factors (SCFs) in functionally graded porous beams (FGPB). The study employs uneven and logarithmic-uneven modified porosity-dependent power-law functions, which are distributed throughout the thickness of the FGP beams. Additionally, a modified exponential-power law function is used to estimate the effective mechanical properties of functionally graded porous beams. The correction factor plays a crucial role in this analysis as it appears as a coefficient in the expression for the transverse shear stress resultant. It compensatesfor the assumption that the shear strain is uniform across the depth of the cross-section. By applying the energy equivalence principle, a general expression for static SCFs in FGPBs is derived. The resulting expression aligns with the findings obtained from Reissner's analysis, particularly when transitioning from the two-dimensional case (plate) to the one-dimensional case (beam). The article presents a convenient algebraic form of the solution and provides new case studies to demonstrate the practicality of the proposed formulation. Numerical results are also presented to illustrate the influence of porosity distribution on SCFs for different types of FGPBs. Furthermore, the article validates the numerical consistency of the mechanical property changesin FG beams without porosity and the SCF by comparing them with available results.
Kim, Tae-Hoon;Yang, Jae-Ho;Lee, Jai-Bong;Han, Jung-Suk;Kim, Sung-Hun
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.48
no.1
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pp.55-60
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2010
Purpose: The shrinkage of dental resin cement may cause several clinical problems such as distortion that may jeopardize the accurate fit to the prepared tooth and internal stress within the restorations. It is important to know the polymerization shrinkage-strain of dental resin cement to reduce clinical complications. The purpose of this study was to investigate the polymerization shrinkage-strain kinetics of six commercially available dental resin cements. Material and methods: Three self-cure resin cements (Fujicem, Superbond, M-bond) and three dual-cure resin cements (Maxcem, Panavia-F, Variolink II) were investigated. Time dependent polymerization shrinkage-strain kinetics of the materials were measured by the Bonded-disk method as a function of time at $23^{\circ}C$, with values particularly noted at 1, 5, 10, 30, 60, 120 min after mixing. Five recordings were taken for each materials. The data were analyzed with one-way ANOVA and Scheffe post hoc test at the significance level of 0.05. Results: Polymerization shrinkage-strain values were 3.72%, 4.19%, 4.13%, 2.44%, 7.57%, 2.90% for Fujicem, Maxcem, M bond, Panavia F, Superbond, Variolink II, respectively at 120 minutes after the start of mixing. Panavia F exhibited maximum polymerization shrinkage-strain values, but Superbond showed minimum polymerization shrinkage-strain values among the investigated materials (P < .05). There was no significant differences of shrinkage-strain value between Maxcem and M bond at 120 minutes after the start of mixing (P > .05). Most shrinkage of the resin cement materials investigated occurred in the first 30 minutes after the start of mixing. Conclusion: The onset of polymerization shrinkage of self-cure resin cements was slower than that of dual-cure resin cements after mixing, but the net shrinkage strain values of self-cure resin cements was higher than that of dual-cure resin cements at 120 minutes after mixing. Most shrinkage of the dental resin cements occurred in the first 30 minutes after mixing.
For the same configuration of two-dimensional finite element models, 6-node element exhibits stiffer bending stiffness than 8-node element. This is true in the relation between 16-node element and 20-node element for three-dimensional model. This stiffening phenomenon comes from the elimination of several mid nodes from full-node elements. Therefore, this may be called 'relative stiffness stiffening phenomenon'. It seems that there are a couple of ways to correct the stiffening effect, however, we could find only one effective method-the method of modification of Gauss sampling points-which passes the patch test and does not alter other kinds of stiffness, such as extensional stiffness. The quantity of modification is a function of Poisson's ratios of the constituent materials. We could obtain two modification equations, one for plane stress case and the other for plane strain case. This method can be extended to 3-dimensional solid elements. Except the exact plane strain cases, most 3-dimensional plates could be modeled successfully with 16-node element modified by the equation for the plane stress case. The effectiveness of the modification method is checked by applying it to several examples with excellent improvements. In numerical examples, beams with various boundary conditions are subjected to static and time-dependent loads. Free and forced motion analyses of beams and plates are also tested. The beam and plate may be composed of isotropic multilayers as well as a single layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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