This work presents a non-linear cylindrical bending analysis of functionally graded plate reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in thermal environment using a simple integral higher-order shear deformation theory (HSDT). This theory does not require shear correction factors and the transverse shear stresses vary parabolically through the thickness. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are considered to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The non-linear strain-displacement relations in the Von Karman sense are used to study the effect of geometric non-linearity and the solution is obtained by minimization of the total potential energy. The numerical illustrations concern the nonlinear bending response of FG-CNTRC plates under different sets of thermal environmental conditions, from which results for uniformly distributed CNTRC plates are obtained as benchmarks.
In this paper, an accurate kinematic model has been developed to study the mechanical response of functionally graded (FG) sandwich beams, mainly covering the bending, buckling and free vibration problems. The studied structure with homogeneous hardcore and softcore is considered to be simply supported in the edges. The present model uses a new refined shear deformation beam theory (RSDBT) in which the displacement field is improved over the other existing high-order shear deformation beam theories (HSDBTs). The present model provides good accuracy and considers a nonlinear transverse shear deformation shape function, since it is constructed with only two unknown variables as the Euler-Bernoulli beam theory but complies with the shear stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam without employing shear correction factors. The sandwich beams are composed of two FG skins and a homogeneous core wherein the material properties of the skins are assumed to vary gradually and continuously in the thickness direction according to the power-law distribution of volume fraction of the constituents. The governing equations are drawn by implementing Hamilton's principle and solved by means of the Navier's technique. Numerical computations in the non-dimensional terms of transverse displacement, stresses, critical buckling load and natural frequencies obtained by using the proposed model are compared with those predicted by other beam theories to confirm the performance of the proposed theory and to verify the accuracy of the kinematic model.
In this paper, design parameters of dynamic vibration absorber, which is used to reduce bending vibrations of a vehicle drive line, is optimized. For obtaining the correct dynamic response characteristics, a flexible-body drive line is made by applying the flexibility data extracted from vibration analysis of propeller shafts to the drive line dynamic model. Inner tube mass, rubber stiffness and rubber damping coefficient of the dynamic vibration absorber are taken as design parameters for optimization. To minimize the vertical acceleration of the drive line, a second-order regression equation of the objective function is generated by performing the central composite experimental design with 3 factors, 2 levels and 15 test runs. And the design parameters of the dynamic vibration absorber are determined by using optimization program. The vehicle model with optimized dynamic vibration absorber reduces the vertical acceleration peak of the drive line by 17.1 % in compared with the initial model.
This study presents the flow response and habitat region of the aquatic plants in the urban streams. Phragmites japonica, Phragmites communis, Miscanthus sacchariflorus, Persicaria blumei and Persicaria thunbergii were selected as for typical plants. Flow response and habitat region were determined by flow velocity/depth and vegetation growth. Stages for flow response of the aquatic plants were classified into stable, recovered, damaged and swept away. Criteria between the recovered and damaged stage was determined by the bending angle of $30{\sim}50^{\circ}$. Capability against flow was high in the order of Phragmites japonica, Phragmites communis, Miscanthus sacchariflorus, Persicaria blumei and Persicaria thunbergi. Phragmites japonica and Phragmites communis were capable of coping with flow depth 0.9 m, flow velocity 1.5 m/s and with flow depth 1.0 m, flow velocity 0.9 m/s, respectively. Miscanthus sacchariflorus was capable within the region of flow depth 1.0 m and flow velocity 0.6 m/s. Persicaria blumei and Persicaria thunbergii were less capable than the other aquatic plants and were vulnerable exceeding the water depth of 1.0 m. Habitat regions by the flow response of each plants were suggested.
Due to the high sensitivity to radiation, excessive exposure needs to be prevented by accurately measuring the dose irradiated to the skin during radiation therapy. Although clinical trials use dosimeters such as film, OSLD, TLD, glass dosimeter, etc. to measure skin dose, these dosimeters have difficulty in accurate dosimetry on skin curves. In this study, to solve these problems, we developed a skin dosimeter that can be attached according to human flexion and evaluated its response characteristics. For the manufacture of the dosimeter, lead oxide (PbO) with high atomic number (ZPb: 82, ZO: 8) and density (9.53 g/cm3) and silicon binders that can bend according to human flexion were used. In the case of a dosimeter made of PbO material, the performance degradation has been prevented by using parylene and others due to the presence of degradation due to oxidation, but the previously used parylene is affected by bending, so a new form of passive layer was produced and applied to the skin dosimeter. The characteristic evaluation of the skin dosimeter was evaluated by analyzing SEM, reproducibility, and linearity. Through SEM analysis, bending was evaluated, reproducibility and linearity at 6 MeV energy were evaluated, and applicability was assessed with a skin dosimeter. As a result of observing the dosimeter surface through SEM analysis, the parylene passive layer PbO dosimeter with the positive layer raised to the parylene produced cracks on the surface when bent. On the other hand, no crack was observed in the silicon passive layer PbO dosimeter, which was raised to silicon passive layer. In the reproducibility measurement results, the RSD of the silicon passive layer PbO dosimeter was 1.47% which satisfied the evaluation criteria RSD 1.5% and the linearity evaluation results showed the R2 value of 0.9990, which satisfied the evaluation criteria R2 9990. The silicon passive layer PbO dosimeter was evaluated to be applicable to skin dosimeters by demonstrating high signal stability, precision, and accuracy in reproducibility and linearity, without cracking due to bending.
This paper presents the results of an analytical study to evaluate the inelastic seismic response characteristics of multistory building structures, the effects of gravity load on the seismic responses and its implications on the earthquake resistant design. Static analyses for incremental lateral force and nonlinear dynamic analyses for earthquake motions were performed to evaluate the seismic response of example multistory building structures. Most of considerations are placed on the distribution of inelastic responses over the height of the structure. When an earthquake occurs, bending moment demand is increased considerably from the top to the bottom of multistory structures, so that differences between bending moment demands and supplies are greater in lower floos of multistory structures. As a result, for building structures designed by the current earthquake resistant design procedure, inelastic deformations for earthquake ground motions do not distribute uniformly over the height of structures and those are induced mainly in bottom floors. In addition, gravity load considerded in design procedure tends to cause much larger damages in lower floors. From the point of view of seismic responses, gravity load affects the initial yield time of griders in earlier stage of strong earthquakes and results in different inelastic responses among the plastic hinges that form in the girders of a same floor. However, gravity load moments at beam ends are gradually reduced and finally fully relaxed after a structure experiences some inelastic excursions as a ground motion is getting stronger. Reduction of gravity load moment results in much increased structural damages in lower floors building structures. The implications of the effects of gravity load for seismic design of multistory building structures are to reduce the contributions of gravity load and to increased those of seismic load in determination of flexual strength for girders and columns.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.57-65
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2022
This study investigated the electromechanical response of smart ultra-high performance fiber reinforced concretes (S-UHPFRCs) under flexural loading to evaluate the self-sensing capacity of S-UHPFRCs in both tension and compression region. The electrical resistivity of S-UHPFRCs under flexural continuously changed even after first cracking due to the deflection-hardening behavior of S-UHPFRCs with the appearance of multiple microcracks. As the equivalent bending stress increased, the electrical resistivity of S-UHPFRCs decreased from 976.57 to 514.05 kΩ(47.0%) as the equivalent bending stress increased in compression region, and that did from 979.61 to 682.28 kΩ(30.4%) in tension region. The stress sensitivity coefficient of S-UHPFRCs in compression and tension region was 1.709 and 1.098 %/MPa, respectively. And, the deflection sensitivity coefficient of S-UHPFRCs in compression region(30.06 %/mm) was higher than that in tension region(19.72 %/mm). The initial deflection sensing capacity of S-UHPFRCs was almost 50% of each deflection sensitivity coefficient, and it was confirmed that it has an excellent sensing capacity for the initial deflection. Although both stress- and deflection-sensing capacity of S-UHPFRCs under flexural were higher in compression region than in tension region, S-UHPFRCs are sufficient as a self-sensing material to be applied to the construction field.
Kim, Yun-Su;Jang, Yong-Heon;Jang, Gwang-Su;Jeon, Esther;Yun, Hyun-Do;Kim, Keung-Hwan
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.465-468
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2008
SHCCs (Strain Hardening Cement Composites) show the high energy tolerance capacity due to the interfacial bonding of the fibers to the cement matrix. For effective material design and application of SHCCs, it is needed to investigate the compression, four-point bending, direct tensile response of SHCCs with different types of fibers and water-cement ratio. For these purposes, three kinds of fibers were used: PP(polypropylene, 2.0%), PVA(Polyvinyl alcohol, 2.0%), PE (Polyethylene, 1.0%). Also, effects of water-cement ratio(0.45, 0.60) on the SHCCs were evaluated in this paper. As the result of test, SHCCs with PVA and PE fiber were showed better overall behavior than specimens with PP fibers on bending and direct tensile test. Also, for the same type of fiber, SHCCs with water-cement ratio of 0.45 exhibited higher ultimate strength than specimen with water-cement ratio of 0.60 on compression strength, and showed the multiple cracking on bending and direct tensile test. Therefore, to improve of workability and dispersibility of SHCCs on water-cement ratio of 0.60, continual studies were needed.
At present, in South Korea, there is a growing concern regarding solar power facilities installed on slopes because they are prone to damage caused by natural disasters, such as heavy rainfall and typhoons. Each year, these solar power facilities experience soil erosion due to heavy rainfall and foundation damage or detachment caused by strong wind loads. Despite these challenges, the interaction between the ground and structures is not adequately considered. Current analyses primarily focus on the structural stability under external loads; the overall facility site's stability-excluding the solar structures-in relation to its surrounding slopes is neglected. Therefore, in this study, we use finite-difference method analysis to simulate the behavior of the foundation and piles to assess changes in lateral displacement and bending stress in piles, as well as the safety factor of sloped terrains, in response to various influencing factors, such as pile diameter, spacing between piles, pile-embedding depth, wind loads, and dry and wet conditions. The analysis results indicate that pile spacing and wind loads significantly influence lateral displacement and bending stress in piles, whereas pile-embedding depth strongly influences the safety factor of sloped terrains. Moreover, we found that under certain conditions, the design criteria in domestic standards may not be met.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.328-337
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2005
This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends for the axial direction, and three more cases including the guided ends, the simply supported ends, and the supported-guided ends for the transverse direction. In order to investigate the effect of the boundary end conditions for the dynamic responses of the buried pipeline, we have devised a computer program to find the solutions of the formulae on the dynamic responses (displacements, axial strains, and bending strains) under the various boundary end conditions considered in this study. The dynamic behavior of the buried pipelines for the forced vibration is found to exhibit two different forms, a transient response and a steady state response, depending on the time before and after the transfer of a seismic wave on the end of the buried pipeline. The former is identified by a slight change in its behavior before the sinusoidal-shaped seismic wave travels along the whole length of the pipeline whereas the latter by the complete form of a sinusoidal wave when the wave travels throughout the pipeline. The transient response becomes insignificant as the wave speed increases. We have observed a resonance when the mode wavelength matches the wavelength of the seismic wave, where the mode number(k) of resonance for the axial direction is found to be $\overline{\omega}/{\pi}V+1/2$ for the fixed-free ends, $\overline{\omega}/{\pi}V+1$ for the free ends, and $\overline{\omega}/{\pi}V$ for the fixed ends, respectively. By adding 10 more modes to the mode number(k) of resonance, we were able to study all the dynamic responses of the buried pipeline for the axial direction. On the other hand, we have not been able to observe a resonance in the analysis for the transverse direction, because the dynamic responses are found to vanish after the seventh mode. From the results of the dynamic responses at the many points of the pipeline, we have found that the responses appeared to be dependent critically on the boundary end conditions. Such effects are found to be most prominent especially for the maximum values of the displacement and the strain and its position.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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