This paper presents an improved 8-node shell element for the analysis of plates and shells. The finite element, based on a refined first-order shear deformation theory, is further improved by the combined use of assumed natural strain method. We analyze the influence of the shell element with the different patterns of sampling points for interpolating different components of strains. Using the assumed natural strain method with proper interpolation functions, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior even when full integration is used in the formulation. Further, a refined first-order shear deformation theory, which results in parabolic through-thickness distribution of the transverse shear strains from the formulation based on the third-order shear deformation theory, is proposed. This formulation eliminates the need for shear correction factors in the first-order theory. Numerical examples demonstrate that the present element perform better in comparison with other shell elements.
This study investigated the influence of scale ratio and vertical load on the seismic performance of Puzuo joints in traditional Chinese timber structures. Three low-cyclic reversed loading tests were conducted on three scaled specimens of Bujian Puzuo in Yingxian Wooden Pagoda. This study focused on the deformation patterns and analyzed seismic performance under varying scale ratios and vertical loads. The results indicated that the slip and rotational deformations of Bujian Puzuo were the primary deformations. The scale of the specimen did not affect the layer where the maximum interlayer slip occurred, but it did decrease the proportion of slip deformation. Conversely, the reducing vertical load caused the layer with the maximum slippage and the position of the damaged Dou components to shift upward, and the proportion of slip deformation increased. When the vertical load was decreased by 3.7 times, the maximum horizontal bearing capacity under positive and negative loadings, initial stiffness, and energy dissipation of the specimen decreased by approximately 60%, 58.79%, 69.62%, and 57.93%, respectively. The horizontal bearing capacity under positive loading and energy dissipation of the specimen increased by 35.63% and 131.54%, when the specimen scale was doubled and the vertical load was increased by 15 times.
Slip lines and dislocation structures developed by deformation at 77 K, 292 K and 500 K have been investigated by an optical microscope and a high-voltage electron microscope. Slip patterns after the deformation by 4-5% at 77 K and 500 K are compared. From the slip line geometry, operation of both primary and secondary {111} slips have been confirmed. However, the primary slip lines formed at 77 K appear coarser and more pronounced than those at 500 K. This indicates that a larger number of dislocations have moved on the same plane at 77 K. Another characteristic difference noted here is that the slip lines are straight and pass through the specimen from one end to the other at 77 K. On the contrary, slip lines are rather faint at 500 K. The typical change found at 77 K is the increase in the [$0{\bar{1}}1$] dipole dislocations and generation of the [$10{\bar{1}}$] screw dipoles upon increase in the strain from 1.2% to 5.2%. This is the indication that the straight dipole dislocations were formed by a pinning effect due to jogs generated by mutual cutting between primary and secondary dislocations. Extremely fine slip has been noted after deformation at 500 K indicating that the usual Frank-Read source is not operative at high temperatures due to the strong KW locking.
This paper investigates the effect of linear and non-linear distribution of carbon nanotube volume fraction in the FG-CNTRC beams on the critical buckling by using higher-order shear deformation theories. Here, the material properties of the CNTRC beams are assumed to be graded in the thickness direction according to a new exponential power law distribution in terms of the carbon nanotube volume fractions. The single-walled carbon nanotube is aligned and distributed in the polymeric matrix with different patterns of reinforcement; the material properties of the CNTRC beams are described by using the rule of mixture. The governing equations are derived through using Hamilton's principle. The Navier solution method is used under the specified boundary conditions for simply supported CNTRC beams. The mathematical models provided in this work are numerically validated by comparison with some available results. New results of critical buckling with the non-linear distribution of CNT volume fraction in different patterns are presented and discussed in detail, and compared with the linear distribution. Several aspects of beam types, CNT volume fraction, exponent degree (n), aspect ratio, etc., are taken into this investigation. It is revealed that the influences of non-linearity distribution in the beam play an important role to improve the mechanical properties, especially in buckling behavior. The results show that the X-Beam configuration is the strongest among all different types of CNTRC beams in supporting the buckling loads.
This paper is concerned with the analysis of material flow characteristics of combined tube extrusion using pipe. The analysis in this paper concentrated on the evaluation of the design parameters for deformation patterns of tube forming, load characteristics, extruded length, and die pressure. The design factors such as punch nose radius, die corner radius, friction factor, and punch face angle are involved in the simulation. The combined tube extrusion is analyzed by using a commercial finite element code. This simulation makes use of pipe material and punch geometry on the basis of punch geometry recommended by International Cold Forging Group. Deformation patterns and its characteristics in combined forward and backward tube extrusion process were analyzed for forming loads with primary parameters, which are various punch nose radius relative to backward tube thickness. The results from the simulation show the flow modes of pipe workpiece and the die pressure at the contact surface between pipe workpiece and punch. The specific backward tube thickness and punch nose radius have an effect on extruded length in combined extrusion. The combined one step forward and backward extrusion is compared with the two step extrusion fer forming load and die pressure.
Recently, various bulk metallic glasses (BMG's) having good mechanical and chemical properties were developed. BMG's can easily be deformed in the supercooled liquid region, via viscous flow mechanism. By using the viscous flow, the very low pressure is needed to deform the materials. In this study, we investigated the structural transition and deformation behavior of Vitreloy 1 (Zr/sub 41.2/Ti/sub 13.8/Cu/sub 12.5/Ni/sub 10/Be/sub 22.5/) using TMA and DSC. We applied the results to the micro forming process. The forming condition was chosen based on the viscosity data from TMA, and Si wafer with micro patterns on the surface was used as a forming die. The deformed surface was analyzed by SEM and 3D Surface Profiling System. The alloy showed good replication of the patterns. Quantitative measurement of roughness was useful to evaluate the replication. Surface condition of the deformed surface was determined by the initial surface condition.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.6
no.1
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pp.35-41
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1988
In the three dimensional deformation analysis by terrestrial photographs, iterative reweighted similarity transformation method is used for more accurate displacement computation. Also, Bayesian Inference method is used in the detection of unstable points and the analytical method for displacement patterns analysis is proposed in this study. In results, the accuracy of displacement estimation was improved by applying the weights of least absolute method ($\Sigma$|d|⇒min) and more accurate detection of displaced points could be achieved by Bayesian Inference. The analytical method in the patterns of displacement proposed in this study could be adapted to the movement analysis of objects wholly or partly.
Hadji, Lazreg;Zouatnia, Nafissa;Meziane, Mohamed Ait Amar;Kassoul, Amar
Earthquakes and Structures
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v.13
no.5
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pp.509-518
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2017
The objective of the present paper is to investigate the bending behavior with stretching effect of carbon nanotube-reinforced composite (CNTRC) beams. The beams resting on the Pasternak elastic foundation, including a shear layer and Winkler spring, are considered. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are aligned and distributed in polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The material properties of the CNTRC beams are estimated by using the rule of mixture. The significant feature of this model is that, in addition to including the shear deformation effect and stretching effect it deals with only 4 unknowns without including a shear correction factor. The single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are aligned and distributed in polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The material properties of the CNTRC beams are assessed by employing the rule of mixture. The equilibrium equations have been obtained using the principle of virtual displacements. The mathematical models provided in this paper are numerically validated by comparison with some available results. New results of bending analyses of CNTRC beams based on the present theory with stretching effect is presented and discussed in details. the effects of different parameters of the beam on the bending responses of CNTRC beam are discussed.
The novelty of this paper is the use of a simple higher order shear and normal deformation theory for bending and free vibration analysis of functionally graded material (FGM) beams on two-parameter elastic foundation. To this aim, a new shear strain shape function is considered. Moreover, the proposed theory considers a novel displacement field which includes undetermined integral terms and contains fewer unknowns with taking into account the effects of both transverse shear and thickness stretching. Different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending and free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams for which properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Hamilton's principle is used to derive the governing equations of motion. Navier type analytical solutions are obtained for the bending and vibration problems. Numerical results are obtained to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, foundation parameter, the volume fraction of porosity and micromechanical models on the displacements, stresses, and frequencies.
In this paper, a new higher order shear deformation model is developed for static and free vibration analysis of functionally graded beams with considering porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. Different patterns of porosity distributions (including even and uneven distribution patterns, and the logarithmic-uneven pattern) are considered. In addition, the effect of different micromechanical models on the bending and free vibration response of these beams is studied. Various micromechanical models are used to evaluate the mechanical characteristics of the FG beams whose properties vary continuously across the thickness according to a simple power law. Based on the present higher-order shear deformation model, the equations of motion are derived from Hamilton's principle. Navier type solution method was used to obtain displacement, stresses and frequencies, and the numerical results are compared with those available in the literature. A comprehensive parametric study is carried out to assess the effects of volume fraction index, porosity fraction index, micromechanical models, mode numbers, and geometry on the bending and natural frequencies of imperfect FG beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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