Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1061-1064
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2006
Optimal design of functionally graded plates is investigated considering stress and critical temperature. Material properties are assumed to be temperature dependent and varied continuously in the thickness direction. The effective material properties are obtained by applying linear rule of mixtures. The 3-D finite element model is adopted using an 18-node solid element to analyze more accurately the variation of material properties and temperature field in the thickness direction. For stress analysis, the tensile stress ratio and compressive stress ratio of the structure under mechanical load are investigated. In the thermo-mechanical buckling analysis, temperature at each node is obtained by solving the steady-state heat transfer problem and Newton-Raphson method is used for material nonlinear analysis. Finally, the optimal design of FGM plates is studied for stress reduction and improving thermo-mechanical buckling behavior, simultaneously.
Mahmoud, Fatin F.;El-Shafei, Ahmed G.;Attia, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.27-44
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2013
A finite element computational procedure for the accurate analysis of quasistatic thermorheological complex structures response is developed. The geometrical nonlinearity, arising from large displacements and rotations (but small strains), is accounted for by the total Lagrangian description of motion. The Schapery's nonlinear single-integral viscoelastic constitutive model is modified for a time-stress-temperature-dependent behavior. The nonlinear thermo-viscoelastic constitutive equations are incrementalized leading to a recursive relationship and thereby the resulting finite element equations necessitate data storage from the previous time step only, and not the entire deformation history. The Newton-Raphson iterative scheme is employed to obtain a converged solution for the non-linear finite element equations. The developed numerical model is verified with the previously published works and a good agreement with them is found. The applicability of the developed model is demonstrated by analyzing two examples with different thermal/mechanical loading histories.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1001-1010
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1999
Thermo-mechanical behavior of discontinuous shape memory alloy(SMA) reinforced polymeric composite has been studied using modified shear lag theory and finite element(FE) analysis with 2-D multi-fiber model. The aligned and staggered models of short-fiber arrangement are employed. The effects of fiber overlap and aspect ratio on the thermomechanical responses such as the thermal expansion coefficient are investigated. It is found that the increase of both tensile stress(resistance stress) in SMA fiber and compressive stress in polymer matrix with increasing aspect ratio is the main cause of low thermal deformation of the composite.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.2
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pp.45-52
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2011
To improve fire-resistance of a high strength concrete against spalling under elevated temperature, fibers can be mixed to provide flow paths of evaporated water to the surface of concrete when heated. In this study, the experiment of a column under fire and mechanical loads is conducted and the material model for predicting temperature of reinforcement steel bar and mechanical behavior of fiber-mixed high strength concrete is suggested. The material model in previous studies is modified by incorporating physical behavior of internal concrete and thermal characteristics of concrete at the elevated temperature. Thermo-mechanical analysis of the fiber-mixed high strength concrete column is conducted using the calibrated material model. The performance of the proposed material model is confirmed by comparing thermo-mechanical analysis results with the experiment of a column under fire and mechanical loads.
This research studies thermo-elastic behavior of rotating micro discs that are employed in various micro devices such as micro gas turbines. It is assumed that material is functionally graded with a variable profile thickness, density, shear modulus and thermal expansion in terms of radius of micro disc and as a power law function. Boundary condition is considered fixed-free with uniform thermal loading and elastic field is symmetric. Using incompressible material's constitutive equation, we extract governing differential equation of four orders; to solution this equation, we utilize general differential quadrature (GDQ) method and the results are schematically pictured. The obtained result in a particular case is compared with another work and coincidence of results is shown. We will find out that surface effect tends to split micro disc's area to compressive and tensile while nonlocal parameter tries to converge different behaviors with each other; this convergence feature make FGIMs capable to resist in high temperature and so in terms of thermo-elastic behavior we can suggest, using FGIMs in micro devices such as micro turbines (under glass transition temperature).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.190-200
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1991
Certain structural components are exposed to high temperatures. At high temperature, under thermal and mechanical loading, metal components exhibit both creep and plastic behavior. The unified constitutive theory is to model both the time-dependent behavior(creep) and the time-independent behavior(plasticity) in one set of equations. Microscopically both creep and plasticity are controlled by the motion of dislocations. A finite element method is presented encorporating a unified constitutive model for the transient analysis of viscoplastic behavior of structures exposed to high temperature.
Lee, Changsoo;Yoon, Seok;Lee, Jaewon;Kim, Geon Young
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.1
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pp.38-51
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2019
Barcelona Basic Model (BBM) can describe not only swelling owing to decrease in effective stress, but also wetting-induced swelling due to decrease in suction. And the BBM can also consider increase in cohesion and apparent preconsolidation stress with suction, and decrease in the apparent preconsolidation stress with temperature. Therefore, the BBM is widely used all over the world to predict and to analyze coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite which is considered as buffer materials at the engineered barrier system in the high-level radioactive waste disposal system. However, the BBM is not well known in Korea, so this paper introduce the BBM to Korean rock engineers and geotechnical engineers. In this study, Modified Cam Clay (MCC) model is introduced before all, because the BBM was first developed as an extension of the MCC model to unsaturated soil conditions. Then, the thermo-elasto-plastic version of the BBM is described in detail.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.369-376
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2016
In this study, a numerical analysis framework for investigating the nonlinear behavior of structures under fire conditions is presented. In particular, analysis procedure combining fire-driven flow simulation and thermo-mechanical analysis is discussed to investigate the mechanical behavior of fire-exposed representative volume structures made of steel and concrete, respectively. First of all, fire-driven flow analysis is conducted using Fire Dynamics Simulator(FDS) in a rectangular parallelepiped domain containing the structure. The FDS simulation yields the time history of temperature on the surface of the structure under fire conditions. Second, mechanical responses of the fire-exposed structure with respect to prescribed uniformly distributed loads are calculated by a coupled thermo-mechanical analysis using the time-varying surface temperature as boundary conditions. Material nonlinearities of steel and concrete have been considered in the thermo-mechanical analysis. A series of numerical results are presented to demonstrate the feasibility of the multiphysics structural fire analysis for investigating the structural behavior under fire conditions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.11
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pp.26-34
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2006
The thermo-mechanical analysis and test were performed for plate structure under mechanical and thermal loading conditions. Infrared heating system and hydraulic loading system were used to simulate mechanical and thermal environment for the plate structure which is similar to the fin of the airframe. Also, FEM analysis using plastic option was added to evaluate thermo-mechanical behavior. Thermo-mechanical tests were conducted at elevated temperature and rapid heating(10℃/sec) condition with external loading together. To investigate the effect of heating environment, the strength at room temperature was compared with that of elevated temperature and rapid heating condition. A methodology for test and analysis for supersonic vehicle subjected to aerodynamic loading and heating was generated through the study. These experimental and analysis results can be used for designing thermal resistance structures of the supersonic vehicle.
Thermo-mechanical behavior of flip-chip plastic ball grid array (FC-PBGA) packages are characterized by high sensitive $Moir{\acute{e}}$ interferometry. $Moir{\acute{e}}$ fringe patterns are recorded and analyzed for several temperatures. Deformation analysis of bending displacements of the packages and average strains in the solder balls for a single-sided package assembly and a double-sided package assembly are presented. The bending displacement of the double-sided package assembly is smaller than that of the single-sided one. The largest of effective strain occurred in the solder ball located at the edge of the chip and its magnitude of the double-sided package assembly is greater than that of single-sided one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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