Bouderba, Bachir;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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제14권1호
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pp.85-104
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2013
The present work deals with the thermomechanical bending response of functionally graded plates resting on Winkler-Pasternak elastic foundations. Theoretical formulations are based on a recently developed refined trigonometric shear deformation theory (RTSDT). The theory accounts for trigonometric distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. Unlike the conventional trigonometric shear deformation theory, the present refined trigonometric shear deformation theory contains only four unknowns as against five in case of other shear deformation theories. The material properties of the functionally graded plates are assumed to vary continuously through the thickness, according to a simple power law distribution of the volume fraction of the constituents. The elastic foundation is modelled as two-parameter Pasternak foundation. The results of the shear deformation theories are compared together. Numerical examples cover the effects of the gradient index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio and elastic foundation parameters on the thermomechanical behavior of functionally graded plates. It can be concluded that the proposed theory is accurate and efficient in predicting the thermomechanical bending response of functionally graded plates.
Hamidi, Ahmed;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Mahmoud, S.R.;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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제18권1호
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pp.235-253
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2015
In this research, a simple but accurate sinusoidal plate theory for the thermomechanical bending analysis of functionally graded sandwich plates is presented. The main advantage of this approach is that, in addition to incorporating the thickness stretching effect, it deals with only 5 unknowns as the first order shear deformation theory (FSDT), instead of 6 as in the well-known conventional sinusoidal plate theory (SPT). The material properties of the sandwich plate faces are assumed to vary according to a power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is made of an isotropic ceramic material. Comparison studies are performed to check the validity of the present results from which it can be concluded that the proposed theory is accurate and efficient in predicting the thermomechanical behavior of functionally graded sandwich plates. The effect of side-to-thickness ratio, aspect ratio, the volume fraction exponent, and the loading conditions on the thermomechanical response of functionally graded sandwich plates is also investigated and discussed.
This paper proposes a nonlinear computational modeling approach for the behaviors of structural systems subjected to fire. The proposed modeling approach consists of fire dynamics analysis, nonlinear transient-heat transfer analysis for predicting thermal distributions, and thermomechanical analysis for structural behaviors. For concretes, transient heat formulations are written considering temperature dependent heat conduction and specific heat capacity and included within the thermomechanical analyses. Also, temperature dependent stress-strain behaviors including compression hardening and tension softening effects are implemented within the analyses. The proposed modeling technique for transient heat and thermomechanical analyses is first validated with experimental data of reinforced concrete (RC) beams subjected to high temperatures, and then applied to a bridge model. The bridge model is generated to simulate the fire incident occurred by a gas truck on April 29, 2007 in Oakland California, USA. From the simulation, not only temperature distributions and deformations of the bridge can be found, but critical locations and time frame where collapse occurs can be predicted. The analytical results from the simulation are qualitatively compared with the real incident and show good agreements.
The effects of thermomechanical treatments on microstructure and fatigue properties of 7050 Al alloy were investigated. The precipitation kinetics changed to a faster rate due to cold deformation employed in this special TAHA thermomechanical treatments including pre-aging, plastic deformation and two step final-aging. The G.P. zones in the under-aged condition were cut by dislocations and dissolved during the plastic deformation. During the low cycle fatigue, the T6' condition showed cyclic hardening behavior whereas the TMT5, TMT27 and T76 conditions showed cyclic softening at above 0.7% total strain amplitudes. The ${\Delta}K_{th}$ value of TMT27 was improved more than two times, compared with that of T76 condition. The T6' with small shearable precipitates resulted in the markedly high ${\Delta}K_{th}$ value. This is thought to be resulted from dislocation reversibility and roughness-induced crack closure due to planarity of slip.
In this work, thermomechanical flexural analysis of functionally graded material sandwich plates with P-FGM face sheets and E-FGM and symmetric S-FGM core is performed by employing a nth-order shear deformation theory. A novel type of S-FGM sandwich plates, namely, both P-FGM face sheets and a symmetric S-FGM hard core are considered. By employing only four unknown variables, the governing equations are obtained based on the principle of virtual work and then Navier method is used to solve these equations. Analytical solutions are deduced to compute the stresses and deflections of simply supported S-FGM sandwich plates. The effects of volume fraction variation, geometrical parameters and thermal load on thermomechanical flexural behavior of the symmetric FGM sandwich plates are investigated.
The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
Although many researches have been made on the adsorption of cationic starches onto chemical pulp fibers, only limited studies have been reported for deinked pulp(DIP) and thermomechanical pulpI(TMP). In this experiment, the adsorption behavior of the cationic starches onto DIP and TMP fibers investigated. Almost complete adsorption of cationic starches onto the pulp fibers were observed when the addition rate of starch was low. Adsorption ratio decreased abruptly when 3.5% and 4.0% of cationic starches were adsorbed onto deinked pulp and thermomechanical pulp, respectively. Adsorption of cationic starches increased as the degree of substitution decreased and as the pH of the pulp slurry increased. TMP fibers adsorbed more cationic starches than DIP because of its greater charge density, and this led to greater improvement in strength properties for the TMP sheets.
본 논문에서는 열화학적 분해 및 열기계학적 변형이 고려된 구성 방정식을 사용하여 다공성 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다. 다공성 복합재료의 온도 의존성 및 열화학적 분해 과정에서의 기공도, 분해 가스에 의한 기공 압력, 재료의 수축을 고려하였다. 기공도와 기공 압력이 고려된 대표 체적 요소 모델의 유한요소 해석을 통해 산출된 거시적 기공 탄성 계수를 구성 방정식에 적용하였다. 간단한 수치 실험을 통해 기공탄성 계수가 다공성 재료의 열탄성 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 재료 내부에 형성된 기공과 기공 압력에 의한 응력 구배 및 변형을 확인하였다.
The effect of strain aging on tensile behavior and properties of API X60, X70, and X80 pipeline steels was investigated in this study. The API X60, X70, and X80 pipeline steels were fabricated by varying alloying elements and thermomechanical processing conditions. Although all the steels exhibited complex microstructure consisting of polygonal ferrite (PF), acicular ferrite, granular bainite (GB), bainitic ferrite (BF), and secondary phases, they had different fractions of microstructures depending on the alloying elements and thermomechanical processing conditions. The tensile test results revealed that yielding behavior steadily changed from continuous-type to discontinuous-type as aging temperature increases after 1% pre-strain. After pre-strain and thermal aging treatment in all the steels, the yield and tensile strengths, and yield ratio were increased, while the uniform elongation and work hardening exponent were decreased. In the case of the X80 steel, particularly, the decrease in uniform elongation was relatively small due to many mobile dislocations in PF, and the increase in yield ratio was the lowest because a large amount of harder microstructures such as GB, BF, and coarse secondary phases effectively enhanced work hardening.
본 논문에서는 재진입 환경에 노출된 탄소/페놀릭 복합재 구조물에 대한 열기계적 연계 해석을 수행하였다. 열기계적 연계를 위한 해석 인터페이스를 상용 소프트웨어를 이용하여 구축하였다. 열분해 및 삭마에 따른 물리적 거동 변화를 모사하기 위해 온도장과 변위장의 주요 지배방정식을 고려하였다. 구축한 해석 인터페이스를 이용하여 탄소/페놀릭 복합재 구조물에 대한 열기계적 연계해석을 수행하였으며 이를 아크 가열 풍동을 이용한 삭마 실험 결과와 비교하였다. 또한 탄소/페놀릭 복합재를 적용한 재진입 캡슐에 대한 열기계적 연계 해석을 수행하였다. 이를 통해 탄소/페놀릭 복합재의 삭마 특성 및 열 보호 효과와 구축한 해석 인터페이스의 활용성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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