As FGM (functionally graded material) bars which vibrate in axial or longitudinal direction have great potential for applications in diverse engineering fields, developing a reliable mathematical model that provides very reliable vibration and wave characteristics of a FGM axial bar, especially at high frequencies, has been an important research issue during last decades. Thus, as an extension of the previous works (Hong et al. 2014, Hong and Lee 2015) on three-layered FGM axial bars (hereafter called FGM bars), an enhanced spectral element model is proposed for a FGM bar model in which axial and radial displacements in the radial direction are treated more realistic by representing the inner FGM layer by multiple sub-layers. The accuracy and performance of the proposed enhanced spectral element model is evaluated by comparison with the solutions obtained by using the commercial finite element package ANSYS. The proposed enhanced spectral element model is also evaluated by comparison with the author's previous spectral element model. In addition, the effects of Poisson's ratio on the dynamics and wave characteristics in example FGM bars are numerically investigated.
To develope shale play which is one of unconventional energy resources, horizontal drilling and hydraulic fracturing are necessary and those are applied to the place where the differential horizontal stress ratio (DHSR) is low. The differential horizontal stress ratio is generally calculated by the minimum and maximum horizontal stress, but it is also calculated from dynamic elastic constants and anisotropic parameters. In this study we analyzed anisotropic properties through the core samples from Danyang limestone and calculated DHSR. The three types of core samples shaped in three directions (vertical, parallel and 45 degree to bedding) were used for laboratory test. We measured P-, S-wave velocities, and density and then calculated dynamic elastic constants, compliance and DHSR. According to the results of the core sample analysis the calculated DHSR is 0.185. Thomsen parameters of the Danyang limestone used in this study are characterized by the P- and S-wave velocities varying along the bedding symmetry axis. It is observed that the DHSR value is more affected by the change in compliance value than the Poisson's ratio. It is necessary to measure SH-wave velocity for more correct petrophysical properties.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.4
no.1
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pp.45-49
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2010
The roller compacted concrete (RCC) is supposed to be isotropic, whereas the compaction of this material, which is achieved using the same machines used for the soil, appears only unidirectional, making the RCC an anisotropic material. In this experimental work, the influence of the phenomenon of compaction on the isotropy of the RCC is studied. This study was carried out through an evaluation of the compressive strengths and ultrasonic tests which were used for measurements of the elastic modulus and the dynamic Poisson's ratio of the RCC as well as a qualitative judgement of the RCC aspect at the hardened state. The results of this work proved the anisotropy of the RCC and they showed the sensitivity of the mechanical strengths and the elastic modulus to the compaction direction.
Since the Complex Young's Modulus of acoustic materials is a function of frequency under a static load, a cylindrical specimen modelled by rod-like one with losses is used to determine the dynamic characteristics of materials. The specimen is excited into longitudinal vibration at its one end by shaker and at the other end, loaded by a mass corresponding to the desired static load and thus the transfer function of specimen is measured. This transfer function method is analyzed theoretically and experimentally over a frequency range of 50 Hz to 20 KHz. The analysis includes the measurability of the transfer function, the frequency range of the method and lateral motion effect.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.2
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pp.111-117
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2008
The effect of characteristics of ground and circular foundation on the dynamic behavior of the foundation in vertical motion are considered using an approximated analytical solution and a finite element analysis with absorbing (consistent transmitting) boundary. The shear wave velocity of homogeneous ground affects the resonant frequency of the foundation much but has nothing to do with the maximum response amplitude at resonant frequency. The density in this case affects both the resonant frequency and the maximum response. The size and the mass of the circular foundation are related both to the resonant frequency and the maximum response. However, Poisson's ratio has very little effect on dynamic behavior of the foundation. When the ground is not homogeneous but has the layers, different formations of shear wave velocities would also change the maximum response at resonant frequency.
In this paper, an analytical solution of displacement, strain and stress field for rotating thick-walled cylinder made of functionally graded material subjected to the uniform external magnetic field and thermal field in plane strain state has been studied. Stress, strain and displacement field as a function of radial coordinates considering magneto-thermo-elasticity are derived analytically. According to the Maxwell electro-dynamic equations, Lorentz force in term of displacement is obtained in cylindrical coordinates. Also, symmetric temperature distribution along the thickness of hollow cylinder is obtained by solving Fourier heat transfer equation in cylindrical coordinates. Using equation of equilibrium and thermo-mechanical constitutive equations associated with Lorentz force, a second-order inhomogeneous differential equation in term of displacement is obtained and will be solved analytically. Except Poisson's ratio, other mechanical properties such as elasticity modulus, density, magnetic permeability coefficient, heat conduction coefficient and thermal expansion coefficient are assumed to vary through the thickness according to a power law. In results analysis, non-homogeneity parameter has been chosen arbitrary and inner and outer surface of cylinder are assumed to be rich metal and rich ceramic, respectively. The effect of rotation, thermal, magnetic field and non-homogeneity parameter of functionally graded material which indicates percentages of cylinder's constituents are studied on displacement, Von Mises equivalent stress and Von Mises equivalent strain fields.
Esmaeilzadeh, Mostafa;Golmakani, Mohammad Esmaeil;Kadkhodayan, Mehran;Amoozgar, Mohammadreza;Bodaghi, Mahdi
Advances in nano research
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v.10
no.2
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pp.151-163
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2021
The main target of this study is to investigate nonlinear transient responses of moving polymer nano-size plates fortified by means of Graphene Platelets (GPLs) and resting on a Winkler-Pasternak foundation under a transverse pressure force and a temperature variation. Two graphene spreading forms dispersed through the plate thickness are studied, and the Halpin-Tsai micro-mechanics model is used to obtain the effective Young's modulus. Furthermore, the rule of mixture is employed to calculate the effective mass density and Poisson's ratio. In accordance with the first order shear deformation and von Karman theory for nonlinear systems, the kinematic equations are derived, and then nonlocal strain gradient scheme is used to reflect the effects of nonlocal and strain gradient parameters on small-size objects. Afterwards, a combined approach, kinetic dynamic relaxation method accompanied by Newmark technique, is hired for solving the time-varying equation sets, and Fortran program is developed to generate the numerical results. The accuracy of the current model is verified by comparative studies with available results in the literature. Finally, a parametric study is carried out to explore the effects of GPL's weight fractions and dispersion patterns, edge conditions, softening and hardening factors, the temperature change, the velocity of moving nanoplate and elastic foundation stiffness on the dynamic response of the structure. The result illustrates that the effects of nonlocality and strain gradient parameters are more remarkable in the higher magnitudes of the nanoplate speed.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.5
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pp.95-105
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1996
This study was performed to evaluate the mechanical properties of permeable polymer concrete using fillers and unsaturated polyester resin. The following conclusions were drawn; 1. The unit weight was in the range of 1, 663~ l, 892kg/$cm^3$, the weights of those concrete were decreased 18~28% than that of the normal cement concrete. 2. The highest strength was achieved by fly ash filled permeable polymer concrete, it was increased 22% by compressive strength, 190% by tensile strength and 192% by bending strength than that of the normal cement concrete, respectively. 3. The external strength of permeable pipe was in the range of 3, 083~3, 793kg/m, the external strengths of those concrete were increased 2~26% than that of the normal cement concrete. Accordingly, these permeable polymer concrete pipe can be used to the members and structures which need external strength. 4. The static modulus of elasticity was in the range of $5.7{\times} 10^4 ~ 15.4{\times} 10{^4}kg/cm^2 $, which was approximately 35~64% of that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was showed relatively higher elastic modulus. The poisson's number of permeable polymer concrete was less than that of the normal cement concrete. 5. The dynamic modulus of elasticity was in the range of $83{\times} 10^3 ~ 211{\times} 10{^3}kg/cm^2 $, which was approximately Ins compared to that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was showed higher dynamic modulus. The dynamic modulus of elasticity were increased approximately 22~45% than that of the static modulus. 6. The ultrasonic pulse velocity was in the range of 2, 584 ~ 3, 587m/sec, . which was showed about the same compared to that of the normal cement concrete. Fly ash filled permeable polymer concrete was in the range of$0.58~8.88 {\ell}/cm^2/hr$, , and it was larglely dependent upon the mixing ratio. These concrete can be used to the structures which need water permeability.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.4
s.50
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pp.1-13
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2006
Soil and rock dynamic properties such as shear wave velocity $(V_s)$, compressional wave velocity $(V_p)$ and corresponding Poisson's ratio (v) are very important geotechnical parameters in predicting deformational behavior of structures as well as practicing seismic design and performance evaluation. In an effort to measure the parameter efficiently and accurately, various bore-hole seismic testing techniques have been, thus, developed and used during past several decades. In this study, cross-hole seismic testing technique which is known as the most reliable seismic method was adopted for obtaining geotechnical dynamic properties. To perform successfully the cross-hole test for rock as well as soil layers regardless of the ground water level, spring-loaded source which impact laterally a subsurface ground in vertical bore-hole was developed and applied at three study areas, which contain four sites composed of two existing port sites and two new LNG storage facility sites. The geotechnical dynamic properties such as $V_s,\;V_p$ and v with depth from the soil surface to the engineering and seismic bedrock were efficiently determined from the laterally impacted cross-hole seismic tests at study sites, and were provided as the fundamental parameters for the seismic performance evaluation of the existing ports and the seismic design of the LNG storage facilities.
In this study, free vibration analysis of functionally graded (FG) porous truncated conical shell panels reinforced by graphene platelets (GPLs) has been investigated for the first time. Additionally, the effect of three different types of porosity distribution and five different types of GPLs patterns on dynamic response of the shell are also studied. Halpin-Tsai micromechanical model and Voigt's rule are used to determine Young modulus, shear modulus and Poisson's ratio with mass densities of the shell, respectively. The main novelties of present study are: applying 3D elasticity theory and the finite element method in conjunction with Rayleigh-Ritz method to give more accurate results unlike other simplified shell theories, and also presenting a general 3D solution in cylindrical coordinate system that can be used for analyses of different structures such as circular, annular and annular sector plates, cylindrical shells and panels, and conical shells and panels. A convergence study is performed to justify the correctness of the obtained solution and numerical results. The impact of porosity and GPLs patterns, the volume of voids, the weight fraction of graphene nanofillers, semi vertex and span angles of the cone, and various boundary conditions on natural frequencies of the functionally graded panel have been comprehensively studied and discussed. The results show that the most important parameter on dynamic response of FG porous truncated conical panel is the weight fraction of nanofiller and adding 1% weight fraction of nanofiller could increase 57% approximately the amounts of natural frequencies of the shell. Moreover, the porosity distribution has great effect on the value of natural frequency of structure rather than the porosity coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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