Arani, Ali Ghorbanpour;Kolahchi, Reza;Esmailpour, Masoud
Smart Structures and Systems
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v.18
no.4
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pp.787-800
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2016
The aim of the paper is to analyze nonlinear transverse vibration of an embedded piezoelectric plate reinforced with single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The system in rested in a Pasternak foundation. The micro-electro-mechanical model is employed to calculate mechanical and electrical properties of nanocomposite. Using nonlinear strain-displacement relations and considering charge equation for coupling between electrical and mechanical fields, the motion equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. These equations can't be solved analytically due to their nonlinear terms. Hence, differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing differential equations for the case when all four ends are clamped supported and free electrical boundary condition. The influences of the elastic medium, volume fraction and orientation angle of the SWCNTs reinforcement and aspect ratio are shown on frequency of structure. The results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency increases. This study might be useful for the design and smart control of nano/micro devices such as MEMS and NEMS.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.6
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pp.869-886
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2013
This work presents an experimental methodology specially developed for the nonlinear large-amplitude free vibration analysis of a clamped-free thin-walled metal column under self-weight. The main contribution of this paper is related to the developed experimental methodology which is based on a remote sensing technique using a computer vision system that integrates, on-line, the digital image acquisition and its treatment through special image processing routines. The main importance of this methodology is that it performs large deflections measurements without making contact with the structure and thus, not introducing undesirable changes in its behavior, for instance, appreciable changes in mass and stiffness properties. This structure presents, in most cases, highly non-linear responses, which cannot be reproduced by conventional finite-element softwares due, mainly, to the simultaneous influence of geometric and inertial non-linearities. To capture the non-linearities associated with large amplitude vibration and be able to describe the buckling process, the structure is discretized as a sequence of jointed coupled elastic pendulums. The obtained numerical results are favorably compared with the experimental ones, in the pre- and post-buckling regimes.
A large number of available concrete buildings designed only considering gravity load that require seismic rehabilitation because of failure to meet plasticity criteria. Using steel bracings are a common type of seismic rehabilitation. The eccentric bracings with vertical link reduce non-elastic deformation imposed on concrete members as well as elimination of probable buckling problems of bracings. In this study, three concrete frames of 10, 15, and 20 stories designed only for gravity load have been considered for seismic improvement using performance-based plastic design. Afterwards, nonlinear time series analysis was employed to evaluate seismic behavior of the models in two modes including before and after rehabilitation. The results revealed that shear link can yield desirable performance with the least time, cost and number of bracings of concrete frames. Also, it was found that the seismic rehabilitation can reduce maximum relative displacement in the middle stories about 40 to 80 percent. Generally, findings of this study demonstrated that the eccentric bracing with vertical link can be employed as a suitable proxy to achieve better seismic performance for existing high rise concrete frames.
Zi Goang-Seup;Kim Byeong-Min;Hwang Yoon-Koog;Lee Young-Ho
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.906-913
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2006
The failure mechanism of a hollow bridge deck which is made of glass fiber reinforced polymer(GFRP) is investigated using both experiments and analysis. While the load-displacement behavior of the deck in the transverse direction shows a strong nonlinearity even in its initial response with relatively small magnitude of loads. In order to imporve the structural behavior of the deck in the transverse direction, we suggested that the empty space of the bridge deck is filled with a foam and investigated experimentally the static behavior of the orthotropic bridge deck which is made from GFRP and polyurethane foam. It is found that although the elastic modulus of the foam compared to that of the GFRP is about the order of $10^{-3}$, the structural behaviors in the weak axis such as nominal strength, stiffness, etc. are greatly improved. Owing to the low mass density of the foam used in this study, the bridge deck is still light enough with the improved structural properties.
Two dimensional numerical investigations were carried out to study the influence of interface thickness and their pattern on the behavior of reinforced concrete frames subjected to in-plane lateral loads using commercial finite element tool SAP 2000. The linear elastic analysis was carried out on one and two bay structural systems as well as the influence of number of stories was studied by varying the number of stories as single, three and five. The cement mortar was used as interface material and their effect was studied by varying thicknesses as 6, 8, 10, 14 and 20 mm. The interface was recognized as one sided, two sided, three sided and four sided and their effect was studied by removing the interface material between the reinforced concrete frame and masonry infill. The effect of lateral loads on infill masonry wall was also studied by varying assumed loads as 10, 20, 30, 40, 50 and 60 kN. The behavior of infilled frames studied has revealed that there is a maximum influence of interface thickness and interface pattern corresponding to 10 mm thickness. In general, the lateral displacement of frame is increased linearly with increase in lateral loads.
In this paper the time-dependent creep analysis of a thick-walled FG cylinder with finite length subjected to axisymmetric mechanical and thermal loads are presented. First order shear deformation theory (FSDT) is used for description of displacement components. Inner and outer temperatures and outer pressure are considered as thermo-mechanical loadings. Both thermal and mechanical loadings are assumed variable along the axial direction using the sinusoidal distribution. To find temperature distribution, two dimensional heat transfer equation is solved using the required boundary conditions. The energy method and Euler equations are employed to reach final governing equations of the cylinder. After determination of elastic stresses and strains, the creep analysis can be performed based on the Yang method. The results of this research indicate that the boundaries have important effects on the responses of the cylinder. The effect of important parameters of this analysis such as variable loading, non-homogeneous index of functionally graded materials and time of creep is studied on the behaviors of the cylinder.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.18-21
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2003
The effect of interface bonding strength on the recovery force of SMA wire reinforced polymer matrix composites was investigated by pullout test. Firstly, the recovery forces and transformation temperatures of various prestrained SMA wires were measured and 5% prestrained SMA wires were prepared for the reinforcements of composites. EPDM incorporated with 20vol% silicon carbide particles(SiCp) of 6, 12, $60{mutextrm{m}}$ size were used as matrix. Pullout test results showed that the interface bonding strength increased when the SiCp size decreased due to the increase of elastic modulus of matrix. Cyclic test of composites was performed through control of DC current at the constant displacement mode. The abrupt decrease of recovery force during cycle test at high current was occurred by thermal degradation of matrix. This was in good agreement with temperature related in the thermal degradation of matrix. The hysteresis of recovery force with respect to the temperature was compared between wire and composite and the hysterisis of composites was smaller than the wire due to less thermal conduction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1493-1502
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1992
The purpose of this study is to identify the effects of loading variables on fatigue crack opening behavior, using structural steel SS41. To use various stress ratios, three kinds of the methods varying stress ratio were used; .DELTA.P const., P$_{max}$ const., and P$_{min}$ const.. To measure the opening load, the direct measuring method which measures the distance between two micro indentations 20 .mu.m behind crack tip and the elastic compliance method were used. As the results of present study, the following conclusions are obtained. First, using the direct measuring method, it was possible to measure the COD at any location behind crack tip. Second, as measuring point becomes farther from crack tip, opening load becomes smaller. Third, the acceleration of da/dN near notch is due to crack opening behavior. Finally, opening ratio is a function of not only R, but .DELTA.K.K.K.
The purpose of this paper is to study free vibration analysis of thick plates resting on Winkler foundation using Mindlin's theory with shear locking free fourth order finite element, to determine the effects of the thickness/span ratio, the aspect ratio, subgrade reaction modulus and the boundary conditions on the frequency paramerets of thick plates subjected to free vibration. In the analysis, finite element method is used for spatial integration. Finite element formulation of the equations of the thick plate theory is derived by using higher order displacement shape functions. A computer program using finite element method is coded in C++ to analyze the plates free, clamped or simply supported along all four edges. In the analysis, 17-noded finite element is used. Graphs are presented that should help engineers in the design of thick plates subjected to earthquake excitations. It is concluded that 17-noded finite element can be effectively used in the free vibration analysis of thick plates. It is also concluded that, in general, the changes in the thickness/span ratio are more effective on the maximum responses considered in this study than the changes in the aspect ratio.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.235-239
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1994
In this paper, the fatigue behaviour of typical axisymmetric forward extrusion die is investigated and extrusion process is analyzed by the rigid-plastic finite element method and elasto-plastic finite element method. To approach the crack problem involving crack initiation and propagation in extrusion die, LEFM(Linear Elastic Fracture Mechanics) is introduced and singular element which models stress.strain singularity in the crack tip vincity has been used to obtain an accurate stress intensityu factor values and other results. Form the displacement around the crack tip the stress intensity factor and the effective stress intensity factor at the beginning of the die inlet radius has been calculated. Applying proper fatigue crack propagation criterion such as Paris/Erdogan fatigue law to this data the angle and direction of fatigue crack growth has been simulated and these are compared with some experimental results. Using the computed crack growth rate, fatigue life of the extrusion die has been evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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