This work deals with unilateral effect of quasi-brittle materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions - each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements developed here in order to capture the effects of phase debonding and interface crack closure/opening. As an initial approximation, the inclusion is modeled as linear elastic as well as the matrix. Our main goal here is to show a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the quasi-brittle materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking processes, is provided. It illustrates the performance of the proposed model. In summary, the proposed homogenization-based model is found to be a suitable tool for the identification of macroscopic mechanical behavior of quasi-brittle materials dealing with unilateral effect.
He, Huan;Stroeven, Piet;Stroeven, Martijn;Sluys, Lambertus Johannes
Computers and Concrete
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제9권2호
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pp.119-131
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2012
Optimum packing of aggregate is an important aspect of mixture design, since porosity may be reduced and strength improved. It may also cause a reduction in paste content and is thus of economic relevance too. Several mathematic packing models have been developed in the literature for optimization of mixture design. However in this study, numerical simulation will be used as the main tool for this purpose. A basic, simple theoretical model is used for approximate assessment of mixture optimization. Calculation and simulation will start from a bimodal mixture that is based on the mono-sized packing experiences. Tri-modal and multi-sized particle packing will then be discussed to find the optimum mixture. This study will demonstrate that computer simulation is a good alternative for mixture design and optimization when appropriate particle shapes are selected. Although primarily focusing on aggregate, optimization of blends of Portland cement and mineral admixtures could basically be approached in a similar way.
Damage in structures often leads to failure. Thus it is very important to monitor structures for the occurrence of damage. When damage happens in a structure the consequence is a change in its modal parameters such as natural frequencies and mode shapes. Artificial Neural Networks (ANNs) are inspired by human biological neurons and have been applied for damage identification with varied success. Natural frequencies of a structure have a strong effect on damage and are applied as effective input parameters used to train the ANN in this study. The applicability of ANNs as a powerful tool for predicting the severity of damage in a model steel girder bridge is examined in this study. The data required for the ANNs which are in the form of natural frequencies were obtained from numerical modal analysis. By incorporating the training data, ANNs are capable of producing outputs in terms of damage severity using the first five natural frequencies. It has been demonstrated that an ANN trained only with natural frequency data can determine the severity of damage with a 6.8% error. The results shows that ANNs trained with numerically obtained samples have a strong potential for structural damage identification.
Structural damage identification (SDI) is a crucial step in structural health monitoring. However, some of the existing SDI methods cannot provide enough identification accuracy and efficiency in practice. A novel whale optimization algorithm (WOA) based method is proposed for SDI by weighting modal data and flexibility assurance criterion in this study. At first, the SDI problem is mathematically converted into a constrained optimization problem. Unlike traditional objective function defined using frequencies and mode shapes, a new objective function on the SDI problem is formulated by weighting both modal data and flexibility assurance criterion. Then, the WOA method, due to its good performance of fast convergence and global searching ability, is adopted to provide an accurate solution to the SDI problem, different predator mechanisms are formulated and their probability thresholds are selected. Finally, the performance of the proposed method is assessed by numerical simulations on a simply-supported beam and a 31-bar truss structures. For the given multiple structural damage conditions under environmental noises, the WOA-based SDI method can effectively locate structural damages and accurately estimate severities of damages. Compared with other optimization methods, such as particle swarm optimization and dragonfly algorithm, the proposed WOA-based method outperforms in accuracy and efficiency, which can provide a more effective and potential tool for the SDI problem.
The flexural strength of circular concrete-filled tubes (CCFT) can be estimated by several codes such as ACI, AISC, and Eurocode 4. In AISC and Eurocode, two methods are recommended, which are the strain compatibility method (SCM) and the plastic stress distribution method (PSDM). The SCM of AISC is almost the same as the SCM of the ACI method, while the SCM of Eurocode is similar to the ACI method. Only the assumption of the compressive stress of concrete is different. The PSDM of Eurocode approach is also similar to the PSDM of AISC, but they have different definitions of material strength. The PSDM of AISC is relatively easier to use, because AISC provides closed-form equations for calculating the flexural strength. However, due to the complexity of calculation of circular shapes, it is quite difficult to determine the flexural strength of CCFT following other methods. Furthermore, all these methods give different estimations. In this study, an effort is made to review and compare the codes to identify their differences. The study also develops a computing program for the flexural strength of circular concrete filled tubes under pure bending that is in accordance with the codes. Finally, the developed computing algorithm, which is programmed in MATLAB, is used to generate design aid graphs for various steel grades and a variety of strengths of steel and concrete. These design aid graphs for CCFT beams can be used as a preliminary design tool.
본 연구에서는 비탄성 부재들의 좌굴 강도를 결정하기 위한 계산적으로 효율적인 비탄성 좌굴해석 프로그램이 개발되었다. 본 프로그램은 휨 좌굴, 휨-비틂 좌굴 혹은 국부좌굴에 의해 붕괴되는 탄성과 비탄성 부재들의 좌굴 강도 및 형상을 결정할 수 있다. 일축 대칭이나 2축 대칭인 I 형 부재를 해석할 수 있다. 복부판은 판 요소를 이용하여 모델되고, 플랜지는 보 요소로 모델되었다. 재료의 비탄성 응력-변형률 관계를 모사하기 위하여 다선형 등방경화 법칙과 증분이론이 사용되었다. 프로그램은 이론치와 실험값들을 이용하여 입증되었다. 프로그램의 결과는 이론치 및 실험값들과 잘 일치였다.
Precise micropatterning of polypropylene film, which is highly transparent in the wavelength range over 250 nm has been demonstrated by 355 nm nano/picosecond laser and 785 nm femtosecond laser. Increments of both the pulse energy and the shot number of pulses lead to cooccurrence of photochemical and thermal effects, demonstrated by the spatial expansion of rim on the surface of PP. The shapes of the laser-ablated polypropylene films were imaged by optical microscope and measured by a 3D optical measurement system. And, the ablation depth and width of polypropylene film ablated by femtosecond laser at various pulse energy and pulse number were characterized. Our results demonstrate that a femtosecond pulsed laser is an efficient tool for fabricating micropatterns of polypropylene films, where the micropatterns are specifically tailored in size, location and number easily controlled by laser processing conditions.
Two dimensional(2D) pair-photonic crystals (pair-PCs) have been fabricated by a multiple-exposure nanosphere lithography (MENSL) method using the self-assembled nanospheres as lens-mask patterns and the collimated laser beam as a multiple-exposing source. The arrays of the 2D pair-PCs exhibited variable lattice structures and shape the control of rotating angle (${\Theta}$), tilting angle (${\gamma}$) and the exposure conditions. In addition, the base period or filling factor of pair-PCs as well as their shapes could be changed by experimental conditions and nanosphere size. A 1.18-${\mu}m$-thick resist was spincoated on Si substrate and the multiple exposure was carried out at change of ${\gamma}$ and ${\Theta}$. Images of prepared 2D pair-PCs were observed by SEM. We believe that the MENSL method is a suitable useful tool to realize the pair-periodic arrays of large area.
본 연구에서는 직선 및 원과 원호가 포함된 설계도면 뿐만 아니라 단순한 수 식으로 표현할 수 없는 곡면 즉 선직선(ruled surface)을 포함한 기계 부품용 설계 도 면의 입체 도형으로의 자동 변환과, 자동 변환된 입체 도형으로부터 임의의 위치에 대 한 단면을 도출하여 CAM의 기본 요소인 NC 공작기계의 공구 경로를 발생시키는 과정의 알고리즘을 개발하고 이것을 컴퓨터 프로그램화하여 산업계에 필수적인 CAD/CAM 통합 을 위한 기초 이론을 확립하고자 한다.
Injection molding is the most widely used process for the industrial forming of plastic articles. During an injection molding process of composites, the fiber-matrix separation and fiber orientation are caused by the flow of molten polymer/fiber mixture. As a result, the product tends to be nonhomogeneous and anisotropic. Hence, it is very important to clarify the relations between separation orientation and injection molding conditions. So far, there is no research on the measurement of fiber orientation using image processing. In this study, the effects of fiber content ratio and molding condition on the fiber orientation-angle distributions are studied experimentally. Using the image processing method, the fiber orientation distribution of welding parts in injection-molded products is assessed. And the effects of fiber content and injection mold shapes on the fiber orientation in case of fiber reinforced polymeric composites are studied experimentally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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