Chicoine, Thierry;Tremblay, Robert;Massicotte, Bruno
Steel and Composite Structures
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제2권3호
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pp.171-194
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2002
In this paper, the behaviour of axially loaded partially encased composite columns made with light welded H steel shapes is examined using ABAQUS finite element modelling. The results of the numerical simulations are compared to the response observed in previous experimental studies on that column system. The steel shape of the specimens has transverse links attached to the flanges to improve its local buckling capacity and concrete is poured between the flanges only. The test specimens included 14 stubcolumns with a square cross section ranging from 300 mm to 600 mm in depth. The transverse link spacing varied from 0.5 to 1 times the depth and the width-to-thickness ratio of the flanges ranged from 23 to 35. The numerical model accounted for nonlinear stress-strain behaviour of materials, residual stresses in the steel shape, initial local imperfections of the flanges, and allowed for large rotations in the solution. A Riks displacement controlled strategy was used to carry out the analysis. Plastic analyses on the composite models reproduced accurately the capacity of the specimens, the failure mode, the axial strain at peak load, the transverse stresses in the web, and the axial stresses in the transverse links. The influence of applying a typical construction loading sequence could also be reproduced numerically. A design equation is proposed to determine the axial capacity of this type of column.
Most ultrasonic vibration cutting tools are operated at the resonance condition of the longitudinal vibration of the structure consisting of booster, horn and bite. In this study, a transverse vibration tool with beam shape is designed to utilize the vibration characteristics of the beam. Design point of the transverse vibration tool is to match the resonance frequency of the bite to the frequency of the signal to excite the piezoelectric element in the booster. The design process to match the natural frequency of the longitudinal vibration mode of the horn and that of the transverse vibration mode of the bite is presented. Dimensions of the horn and bite are searched by trend analysis through which the standard shapes of the horn and bite are determined. After the dimensions of each component of the cutting tool consisting of booster, horn and bite are determined, the assembled structure was experimentally tested to verify that true resonant condition is achieved and proper vibrational displacement are obtained to ensure that enough cutting force is generated.
지진에 대하여 상당히 저항력이 높다고 알려진 터널도 최근 국외에서 발생한 대 지진들에 의해서 심각한 피해를 입은 사례가 지속적으로 발생하고 있으며 터널 내진설계의 필요성을 입증하고 있다. 지진동에 대하여 터널에 발생하는 다양한 변형모드 중에서 횡방향 전단변형이 가장 치명적인 모드로 알려졌다. 본 논문에서는 횡방향 터널의 지진해석을 유사정적해석의 일종인 응답변위법으로 수행하였다. 먼저, 지반 내 변위를 계산한 결과 단일 및 이중 코사인법의 예측결과는 정확하지 않을 수 있으니 주의해야 하며 1차원 지반응답해석을 수행하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 나아가 터널의 응답을 단순해, 해석해, 그리고 연속체 수치해석으로 계산하였다. 비교 결과, 단순해는 터널의 응답을 정확하게 예측하지 못하는 것으로 나타났다. 해석해는 균질 지반과 원형터널에서는 적절하나 비균질 지반에서는 적절하지 않은 것으로 나타났다. 수치해석은 모든 경우에 적용 가능한 가장 정확한 방법인 것으로 나타났다. 또한, 선형해석은 보수적이며 지반의 비선형성을 고려하는 것이 적절한 것으로 나타났다.
The seismic behaviour of reinforced concrete (RC) columns made from high-strength materials was investigated experimentally. Six high-strength concrete specimen columns (1:4 scale), which included three with high-strength stirrups (HSSs) and three with normal-strength stirrups (NSSs), were tested under a combination of high axial and reversed cyclic loads. The effects of stirrup strength and the ratio of transverse reinforcement on the cracking patterns, hysteretic response, strength, stiffness, ductility, energy dissipation and strain of transverse reinforcement were studied. The results indicate that good seismic behaviour of an RC column subjected to high axial compression can be obtained by using a well-shaped stirrup. Stirrup strength had little effect on the lateral bearing capacity. However, the ductility was significantly modified by improving the stirrup strength. When loaded with a large lateral displacement, the strength reduction of NSS specimens was more severe than that of those with HSSs, and increasing the stirrup strength had little effect on the stiffness reduction. The ductility and energy dissipation of specimens with HSSs were superior to those with NSSs. When the ultimate displacement was reached, the core concrete could be effectively restrained by HSSs.
A $C^0$ FE model developed based on an efficient higher order zigzag theory is used for hygrothermal analysis of laminated composite plates. The $C^0$ FE model satisfies the inter-laminar shear stress continuity at the interfaces and zero transverse shear stress conditions at plate top and bottom. In this model the first derivatives of transverse displacement have been treated as independent variables to circumvent the problem of $C^1$ continuity associated with the above plate theory. In the present theory the above mentioned $C^0$ continuity of the present element is compensated in the stiffness matrix formulation by using penalty parameter approach. In order to avoid stress oscillations observed in the displacement based finite element, the stress field derived from temperature/moisture fields (initial strains) must be consistent with total strain field. Special steps are introduced by field consistent approach (e.g., sampling at gauss points) to compensate this problem. A nine noded $C^0$ continuous isoparametric element is used in the proposed FE model. Comparison of present numerical results with other existing solutions shows that the proposed FE model is efficient, accurate and free of locking.
Kolahchi, Reza;Bidgoli, Ali Mohammad Moniri;Heydari, Mohammad Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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제55권5호
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pp.1001-1014
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2015
Bending analysis of functionally graded (FG) nano-plates is investigated in the present work based on a new sinusoidal shear deformation theory. The theory accounts for sinusoidal 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. The material properties of nano-plate are assumed to vary according to power law distribution of the volume fraction of the constituents. The size effects are considered based on Eringen's nonlocal theory. Governing equations are derived using energy method and Hamilton's principle. The closed-form solutions of simply supported nano-plates are obtained and the results are compared with those of first-order shear deformation theory and higher-order shear deformation theory. The effects of different parameters such as nano-plate length and thickness, elastic foundation, orientation of foundation orthtotropy direction and nonlocal parameters are shown in dimensionless displacement of system. It can be found that with increasing nonlocal parameter, the dimensionless displacement of nano-plate increases.
The present paper seeks to investigate propagation and reflection of waves at free surfaces of homogeneous, anisotropic and rotating micropolar fibre-reinforced medium with voids. It has been observed that, in particular when P-wave is incident on the free surface, there exist four coupled reflected plane waves traveling in the medium; quasi-longitudinal displacement (qLD) wave, quasi-transverse displacement (qTD) wave, quasi-transverse microrotational wave and a wave due to voids. Normal mode Analysis usually called harmonic solution method is adopted in concomitant with Snell's laws and appropriate boundary conditions in determination of solution to the micropolar fibre reinforced modelled problem. Amplitude ratios which correspond to reflected waves in vertical and horizontal components are presented analytically. Also, the Reflection Coefficients are presented using numerical simulated results in graphical form for a particular chosen material by the help of Mathematica software. We observed that the micropolar fibre-reinforced, voids and rotational parameters have various degrees of effects to the modulation, propagation and reflection of waves in the medium. The study would have impact to micropolar fibre-reinforecd rotational-acoustic machination fields and future works about behavior of seismic waves.
In this paper, an improved mathematical model is presented for the bending analysis of doubly curved functionally graded material (FGM) sandwich rhombic conoids. The mathematical model includes expansion of Taylor's series up to the third degree in thickness coordinate and normal curvatures in in-plane displacement fields. The condition of zero-transverse shear strain at upper and lower surface of rhombic conoids is implemented in the present model. The newly introduced feature in the present mathematical model is the simultaneous inclusion of normal curvatures in deformation field and twist curvature in strain-displacement equations. This unique introduction permits the new 2D mathematical model to solve problems of moderately thick and deep doubly curved FGM sandwich rhombic conoids. The distinguishing feature of present shell from the other shells is that maximum transverse deflection does not occur at its center. The proposed new mathematical model is implemented in finite element code written in FORTRAN. The obtained numerical results are compared with the results available in the literature. Once validated, the current model was employed to solve numerous bending problems by varying different parameters like volume fraction indices, skew angles, boundary conditions, thickness scheme, and several geometric parameters.
Belkhodja, Y.;Ouinas, D.;Fekirini, H.;Olay, J.A. Vina;Achour, B.;Touahmia, M.;Boukendakdji, M.
Smart Structures and Systems
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제29권3호
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pp.395-420
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2022
A new hybrid quasi-3D and 2D high-order shear deformation theory is studied in this mathematical formulation, for an investigation of the bending, free vibrations and buckling influences on a functionally graded material plate. The theoretical formulation has been begun by a displacement field of five unknowns, governing the transverse displacement across the thickness of the plate by bending, shearing and stretching. The transverse shear deformation effect has been taken into consideration, satisfying the stress-free boundary conditions, especially on plate free surfaces as parabolic variation through its thickness. Thus, the mechanical properties of the functionally graded plate vary across the plate thickness, following three distributions forms: the power law, exponential form and the Mori-Tanaka scheme. The mechanical properties are used to develop the equations of motion, obtained from the Hamilton principle, and solved by applying the Navier-type solution for simply supported boundary conditions. The results obtained are compared with other solutions of 2D, 3D and quasi-3D plate theories have been found in the literature.
In this study, the deformation of materials was measured using the video and tracking API of OpenCV. Circular markers attached to the material were selected the region of interests (ROIs). The position of the marker was measured from the area center of the circular marker. The position and displacement of the center point was measured along the image frames. For the verification, tensile tests were conducted. In the tensile test, four circular markers were attached along the longitudinal and transverse directions. The strain was calculated using the distance between markers both in the longitudinal and transverse direction. As a result, the stress-strain curve obtained using machine vision is compared to the stress-strain curve obtained from the DIC results. RMSE values of the strain from the machine vision and DIC were less than 0.005. In addition, as a measurement example, a bending angle and springback measurement according to bending deformation, and a moving position measurement of a punch, a blank holder, and a die by time change were performed. Using the proposed method, the deformation and displacement of the materials were measured precisely and easily.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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