Dimitraki, Lamprini S.;Christaras, Basile G.;Arampelos, Nikolas D.
Geomechanics and Engineering
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v.25
no.2
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pp.111-121
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2021
Large deformation and rapid pressure propagation take place inside the rock mass under the dynamic loads caused by the explosives, on quarry faces in order to extract aggregate material. The complexity of the science of rock blasting is due to a number of factors that affect the phenomenon. However, blasting engineering computations could be facilitated by innovative software algorithms in order to determine the results of the violent explosion, since field experiments are particularly difficult to be conducted. The present research focuses on the design of a Finite Element Analysis (FEA) code, for investigating in detail the behavior of limestone under the blasting effect of Ammonium Nitrate & Fuel Oil (ANFO). Specifically, the manuscript presents the FEA models and the relevant transient analysis results, simulating the blasting process for three types of limestone, ranging from poor to very good quality. The Finite Element code was developed by applying the Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state to describe the thermodynamic state of ANFO and the pressure dependent Drucker-Prager failure criterion to define the limestone plasticity behavior, under blasting induced, high rate stress. A progressive damage model was also used in order to define the stiffness degradation and destruction of the material. This paper performs a comparative analysis and quantifies the phenomena regarding pressure, stress distribution and energy balance, for three types of limestone. The ultimate goal of this research is to provide an answer for a number of scientific questions, considering various phenomena taking place during the explosion event, using advanced computational tools.
Azza M. Al-Ashmawy;Osman Shallan;Tharwat A. Sakr;Hanaa E. Abd-EL-Mottaleb
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.6
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pp.599-608
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2023
The present study is focused on instigation of the nonlinear mechanical behavior of reinforced concrete beams considering different types of FRP bars through nonlinear finite element simulations. To explore the impact of the FRP reinforcement type and geometry on the nonlinear mechanical behavior of reinforced beam, intensive parametric studies are carried out and discussed. Twenty models were carried out based on the finite element software (ABAQUS). The concrete damage plasticity model was considered. Four types of fiber polymer bars, CFRP, GFRP, AFRP and BFRP as longitudinal reinforcement for concrete beam were used. The validation of numerical results was confirmed by experimental as well as numerical results, then the parametric study was conducted to evaluate the effect of change in different parameters, such as bar diameter size, type of FRP bars and shear span length. All results were analyzed and discussed through, load-deflection diagram. The results showed that the use of FRP bars in rebar concrete beam improves the beam stiffness and enhance the ultimate load capacity. The load capacity enhanced in the range of (20.44-244.47%) when using different types of FRP bars. The load-carrying capacity of beams reinforced with CFRP is the highest one, beams reinforced with AFRP is higher than that reinforced with BFRP but beams reinforced with GFRP recorded the lowest load of capacity compered with other beams reinforced with FRP Bars.
Supersonic aircraft and missiles often encounter damage issues due to high-speed collisions with small objects such as ice particles and water droplets. This can significantly impact the safety and performance of these vehicles, making the assessment and development of collision testing crucial. Existing collision testing methods have relied on equipment such as gas guns, which utilize high pressure. However, most accelerators for projectiles are large-scale devices designed for weaponry and high-pressure gases, rendering them inaccessible and unsuitable for laboratory use. Therefore, there is a need for research into easily accessible and economically efficient testing devices at the laboratory level. An impact tester can launch a projectile with a velocity of 100 m/s using low-pressure compressed air at approximately 10 bar. The velocity of the impact tester projectile is determined by the pressure within the chamber, friction, and the length of the barrel. In this study, computational fluid dynamics was utilized to define friction coefficients that match experimental results based on projectile weight, enabling accurate prediction of velocity. The resulting data provides practical and effective insights for the design of impact testers, utilizing the defined friction coefficients to understand and predict complex physical phenomena.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
One of the primary theories of the pathogenesis of tinnitus involves maladaptive auditory-somatosensory plasticity in the dorsal cochlear nucleus (DCN), which is assumed to be due to axonal sprouting. Although a disrupted balance between auditory and somatosensory inputs may occur following hearing damage and may induce tinnitus, examination of this phenomenon employed a model of hearing damage that does not account for the causal relationship between these changes and tinnitus. The present study aimed to investigate changes in auditory-somatosensory innervation and the role that axonal sprouting serves in this process by comparing results between animals with and without tinnitus. Rats were exposed to a noise-inducing temporary threshold shift and were subsequently divided into tinnitus and non-tinnitus groups based on the results of gap prepulse inhibition of the acoustic startle reflex. DCNs were collected from rats divided into three sub-groups according to the number of weeks (1, 2 or 3) following noise exposure, and the protein levels of vesicular glutamate transporter 1 (VGLUT1), which is associated with auditory input to the DCN, and VGLUT2, which is in turn primarily associated with somatosensory inputs, were assessed. In addition, factors related to axonal sprouting, including growth-associated protein 43 (GAP43), postsynaptic density protein 95, synaptophysin, α-thalassemia/mental retardation syndrome X-linked homolog (ATRX), growth differentiation factor 10 (GDF10), and leucine-rich repeat and immunoglobulin domain-containing 1, were measured by western blot analyses. Compared to the non-tinnitus group, the tinnitus group exhibited a significant decrease in VGLUT1 at 1 week and a significant increase in VGLUT2 at 3 weeks post-exposure. In addition, rats in the tinnitus group exhibited significant increases in GAP43 and GDF10 protein expression levels in their DCN at 3 weeks following noise exposure. Results from the present study provided further evidence that changes in the neural input distribution to the DCN may cause tinnitus and that axonal sprouting underlies these alterations.
In this study, two types of fatigue tests were conducted. First, cyclic bending tests were performed using the micro-bending tester. A four-point bending test method was adopted, because it induces uniform stress fields within a loading span. Second, thermal fatigue tests were conducted using a pseudo power cycling machine which was newly developed for a realistic testing condition. The pseudo-power cycling method makes up for the weak points in a power cycling and a chamber cycling method. Two compositions of solder are tested in all test condition, one is lead-free solder (95.5Sn4.0Ag0.5Cu) and the other is eutectic lead-contained solder (63Sn37Pb). In the cyclic bending test, the solder that exhibits a good reliability can be reversed depending on the load conditions. The lead-contained solders have a longer fatigue life in the region where the applied load is high. On the contrary, the lead-free solder sustained more cyclic loads in the small load region. A similar trend was detected at the thermal cycling test. A three-dimensional finite element analysis model was constructed. A finite element analysis using ABAQUS was performed to extract the applied stress and strain in the solder joints. A constitutive model which includes both creep and plasticity was employed. Thermal fatigue was occurred due to the creep. And plastic deformation is main damage for bending failure. From the inelastic energy dissipation per cycle versus fatigue life curve, it can be found that the bending fatigue life is longer than the thermal fatigue life.
Numerical study using nonlinear finite element analysis is done for investigating behavior of isolated reinforced concrete walls subject to combined in-plane and out-of-plane bending moments and axial force. A method for estimating the ultimate strength of wall is developed, based on the analytical results. For the nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. An existing unified method combining plasticity theory and damage model is used for material model of reinforced concrete. By numerical studies, the internal force distribution in the cross section is idealized, and a new method for estimating the ultimate strength of wall is developed. According to the proposed method, variation of the interaction curve of in-plane bending moment and axial force depends on the range of the permissible axial force per unit length that is determined by the given amount of out-of-plane bending moment. As the out-of-plane bending moment increases, the interaction curve shrinks, which indicates a decrease in the ultimate strength. The proposed method is compared with an existing method using the general assumption that strain shall be directly proportional to the distance from the neutral axis. Compared with the proposed method, the existing method overestimates the ultimate strength for walls subject to low out-of-plane bending moments, and it underestimates the ultimate strength for walls subject to high out-of-plane bending moments.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.4
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pp.7-11
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2013
As thermosonic ball bonding is developed for more and more advanced applications in the electronic packaging industry, the control of process stresses induced on the integrated circuits becomes more important. If Cu bonding wire is used instead of Au wire, larger ultrasonic levels are common during bonding. For advanced microchips the use of Cu based wire is risky because the ultrasonic stresses can cause chip damage. This risk needs to be managed by e.g. the use of ultrasound during the impact stage of the ball on the pad ("pre-bleed") as it can reduce the strain hardening effect, which leads to a softer deformed ball that can be bonded with less ultrasound. To find the best profiles of ultrasound during impact, a numerical model is reported for ultrasonic bonding with capillary dynamics combined with a geometrical model describing ball deformation based on volume conservation and stress balance. This leads to an efficient procedure of ball bond modelling bypassing plasticity and contact pairs. The ultrasonic force and average stress at the bond zone are extracted from the numerical experiments for a $50{\mu}m$ diameter free air ball deformed by a capillary with a hole diameter of $35{\mu}m$ at the tip, a chamfer diameter of $51{\mu}m$, a chamfer angle of $90^{\circ}$, and a face angle of $1^{\circ}$. An upper limit of the ultrasonic amplitude during impact is derived below which the ultrasonic shear stress at the interface is not higher than 120 MPa, which can be recommended for low stress bonding.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.2
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pp.197-208
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2020
This paper evaluated the optimum Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) using a circular concrete bridge pier subjected to dynamic loading. A three-dimensional finite element model was simulated using finite element program, ABAQUS. Concrete Damage Plasticity (CDP) option and plastic properties of the materials were incorporated to model the non-linearity of the structure. The analyses parameters were changed in length-to-height ratio and width-to-span ratio where columns were subjected to dynamic loading. Numerical analysis was conducted, and the seismic performance of the structures were evaluated by analyzing the ductility behavior of the structure. Results showed that the use of CFRP enhances the structural performance of column and revealed that the increase in length-to-height ratio plays vital role of improving the performance of the structure than the change in width-to-span ratio.
Kim, Jeong-Hyeon;Kim, Seul-Kee;Kim, Myung-Soo;Lee, Jae-Myung
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.265-271
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2014
304L stainless steel sheets are used as a primary barrier for the insulation of membrane-type liquefied natural gas(LNG) carrier cargo containment system. 304L stainless steel is a transformation-induced-plasticity(TRIP) steel that exhibits complex material behavior, because it undergoes phase transformation during plastic deformation. Since the TRIP behavior is very important mechanical characteristics in a low-temperature environment, significant amounts of data are available in the literature. In the present study, a uniaxial tensile test for 304L stainless steel was performed to investigate nonlinear mechanical characteristics. In addition, a viscoplastic model and damage model is proposed to predict material fractures under arbitrary loads. The verification was conducted not only by a material-based comparative study involving experimental investigations, but also by a structural application to the LNG membrane of a Mark-III-type cargo containment system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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