This paper considers the smooth receding contact problem between a homogeneous half-plane and a composite laminate composed of an inhomogeneously coated elastic layer. The inhomogeneity of the elastic modulus of the coating is approximated by an exponential function along the thickness dimension. The three-component structure is pressed together by either a concentrated force or uniform pressures applied at the top surface of the composite laminate. Both semianalytical and finite element analysis are performed to solve for the extent of contact and the contact pressure. In the semianalytical formulation, Fourier integral transformation of governing equations and boundary conditions leads to a singular integral equation of Cauchy-type, which can be numerically integrated by Gauss-Chebyshev quadrature to a desired degree of accuracy. In the finite element modeling, the functionally graded coating is divided into homogeneous sublayers and the shear modulus of each sublayer is assigned at its lower boundary following the predefined exponential variation. In postprocessing, the stresses of any node belonging to sublayer interfaces are averaged over its surrounding elements. The results obtained from the semianalytical analysis are successfully validated against literature results and those of the finite element modeling. Extensive parametric studies suggest the practicability of optimizing the receding contact peak stress and the extent of contact in multilayered structures by the introduction of functionally graded coatings.
This contribution presents an extended one-dimensional theory for piezoelectric beam-type structures with non-ideal electrodes. For these types of electrodes the equipotential area condition is not satisfied. The main motivation of our research is originated from passive vibration control: when an elastic structure is covered by several piezoelectric patches that are linked via resistances and inductances, vibrational energy is efficiently dissipated if the electric network is properly designed. Assuming infinitely small piezoelectric patches that are connected by an infinite number of electrical, in particular resistive and inductive elements, one obtains the Telegrapher's equation for the voltage across the piezoelectric transducer. Embedding this outcome into the framework of Bernoulli-Euler, the final equations are coupled to the wave equations for the longitudinal motion of a bar and to the partial differential equations for the lateral motion of the beam. We present results for the wave propagation of a longitudinal bar for several types of electrode properties. The frequency spectra are computed (phase angle, wave number, wave speed), which point out the effect of resistive and inductive electrodes on wave characteristics. Our results show that electrical damping due to the resistivity of the electrodes is different from internal (=strain velocity dependent) or external (=velocity dependent) mechanical damping. Finally, results are presented, when the structure is excited by a harmonic single force, yielding that resistive-inductive electrodes are suitable candidates for passive vibration control that might be of great interest for practical applications in the future.
Statement of problem : The various kinds of properties of post and core may affect the stress distribution to the root of endodontically treated teeth Purpose: To evaluate the influence of various kinds of properties of post and core to the stress distribution to the root of endodontically treated teeth. Material and methods: Mandibular first premolar, prepared by general shape of post and core with gold crown, was used to two dimensional axisymmetric modeling for finite element analysis. Then property values of 8 different kinds of post and core was substituted for each. Finally, stress distribution shown areas around the root of post and core was analysed after applying 50N of vortical and oblique load. Results: 1. Stress value of oblique load was much higher than the maximum stress value of vertical load. 2. Under oblique load, very concentrated stress was located on post periapical area and variations in stress were very severe. Contrary to this, stress distribution was relatively uniform in vertical load. 3. Post materials with higher elastic modulus showed relatively more apically focused stress, and post materials with lower elastic modulus showed stress focused on cervical area on the axial wall of post. 4. Stress change according to the properties of core was shown only in the cervical area of post and below core as the higher elastic modulus, then increased in stress. 5. Post and core with medium value of elastic modulus showed relatively uniform stress distribution. Conclusions: Post materials with higher elastic modulus showed relatively more apically focused stress, and post materials with lower elastic modulus showed stress focused on cervical area on the axial wall of post. Stress change according to the properties of core was shown only in the cervical area of post and below core.
Jouneghani, Habib Ghasemi;Fanaie, Nader;Haghollahi, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.437-454
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2022
Elliptic-braced simple resisting frame as a new lateral bracing system installed in the middle bay of frame in building facades has been recently introduced. This system not only creates a problem for opening space from the architectural viewpoint but also improves the structural behavior. Despite the researches on the seismic performance of lateral bracing systems, there are few studies performed on the effect of the stiffness parameters on the elastic story drift and calculation of period in simple braced steel frames. To overcome this shortcoming, in this paper, for the first time, an analytical solution is presented for calculating elastic lateral stiffness in a simple steel frame equipped with elliptic brace subjected to lateral load. In addition, for the first time, in this study, a precise formulation has been developed to evaluate the elastic stiffness variation in a steel frame equipped with a two-dimensional single-story single-span elliptic brace using strain energy and Castigliano's theorem. Thus, all the effective factors, including axial and shear loads as well as bending moments of elliptic brace could be considered. At the end of the analysis, the lateral stiffness can be calculated by an improved and innovative relation through the energy method based on the geometrical properties of the employed sections and specification of the used material. Also, an equivalent element of an elliptic brace was presented for the ease of modeling and use in linear designs. Application of the proposed relation have been verified through a variety of examples in OpenSees software. Based on the results, the error percentage between the elastic stiffness derived from the developed equations and the numerical analyses of finite element models was very low and negligible.
The study of the seismic vulnerability of masonry buildings requires structural properties of walls such as stiffness, ultimate load capacity, etc. In this article, a method is suggested for modeling the masonry walls under in-plane loading. At the outset, a set of analytical equations was established for determining the elastic properties of an equivalent homogeneous material of masonry. The results for homogenized unreinforced brick walls through detailed modeling were compared in different manners such as solid and perforated walls, in-plane and out-of-plane loading, etc, and it was found that this method provides suitable accuracy in estimation of the wall linear properties. Furthermore, comparison of the results of proposed modeling with experimental out coming indicated that this model considers the non linear properties of the wall such as failure pattern, performance curve and ultimate strength, and would be appropriate to establish a parametric study on those prone factors. The proposed model is complicated; therefore, efforts need to be made in order to overcome the convergency problems which will be included in this study. The nonlinear model is basically semi-macro but through a series of actions, it can be simplified to a macro model.
TSP (Tunnel Seismic Profiling) survey is a technique for imaging and characterizing geological structures ahead of a tunnel face. The seismic modeling algorithm and the synthetic data could be helpful for TSP surveys. However, there is few algorithm to describe the propagation of the elastic waves around the tunnel. In this study, existing 2-dimensional seismic modeling algorithm using finite element method was modified to make a suitable algorithm for TSP modeling. Using this algorithm, TSP modeling was practiced in some models. And the synthetic data was analyzed to examine the propagation characteristics of the elastic waves. First of all, the modeling for the homogeneous tunnel model was practiced to examine the propagation characteristics of the direct waves in the vicinity of the tunnel. And the algorithm was applied to some models having reflector which is perpendicular or parallel to the excavation direction. From these, the propagation characteristics of the reflected waves were examined. Furthermore, two source-receiver arrays were used in respective models to investigate the properties of the two arrays. These modeling algorithm and synthetic data could be helpful in interpreting TSP survey data, developing inversion algorithm and designing new source-receiver arrays.
Zaid A. Al-Sadoon;Samer Barakat;Farid Abed;Aroob Al Ateyat
Steel and Composite Structures
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v.49
no.2
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pp.143-159
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2023
Recently, the design of scaffolding systems has garnered considerable attention due to the increasing number of scaffold collapses. These incidents arise from the underestimation of imposed loads and the site-specific conditions that restrict the application of lateral restraints in scaffold assemblies. The present study is committed to augmenting the buckling resistance of vertical support members, obviating the need for supplementary lateral restraints. To achieve this objective, experimental and computational analyses were performed to assess the axial load buckling capacity of steel props, composed of two hollow steel pipes that slide into each other for a certain length. Three full-scale steel props with various geometric properties were tested to construct and validate the analytical models. The total unsupported length of the steel props is 6 m, while three pins were installed to tighten the outer and inner pipes in the distance they overlapped. Finite Element (FE) modeling is carried out for the three steel props, and the developed models were verified using the experimental results. Also, theoretical analysis is utilized to verify the FE analysis. Using the FE-verified models, a parametric study is conducted to evaluate the effect of different inserted pipe lengths on the steel props' axial load capacity and lateral displacement. Based on the results, the typical failure mode for the studied steel props is global elastic buckling. Also, the prop's elastic buckling strength is sensitive to the inserted length of the smaller pipe. A threshold of minimum inserted length is one-third of the total length, after which the buckling strength increases. The present study offers a prop with enhanced buckling resistance and introduces an equation for calculating an equivalent effective length factor (k), which can be seamlessly incorporated into Euler's buckling equation, thereby facilitating the determination of the buckling capacity of the enhanced props and providing a pragmatic engineering solution.
This paper proposes a numerical methodology for capturing the complete curve of a pressuremeter test including initial or disturbed parts and loops through a stiffness-based approach adopted in three dimensional finite difference code, FLAC3D. In order to enable this, a new hyperbolic model was used to replace the conventional linear elastic model prior to peak strength of Mohr-Coulomb soil model and update or degradation of shear modulus was considered. Presented modeling approach and implemented constitutive model are impressively successful. It leads to obtain the whole set of parameters for characterizing sands and seems promising for modeling the most of geotechnical structures.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.71-74
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2003
The cell modeling homogenization method to derive the constitutive equation considering the microstructures of the fiber reinforced composites has been previously developed for composites with simple microstructures such as 2D plane composites and 3D rectangular shaped composites. Here, the method has been further extended for 3D circular braided composites, utilizing B-spline curves to properly describe the more complex geometry of 3D braided composites. For verification purposes, the method has been applied for orthotropic elastic properties of the 3D circular braided glass fiber reinforced composite, in particular for the tensile property. Prepregs of the specimen have been fabricated using the 3D braiding machine through RTM (resin transfer molding) with epoxy as a matrix. Experimentally measured uniaxial tensile properties agreed well with predicted values obtained fer two volume fractions.
The corrugated panels are the prime candidate structure for the floor, roof and wall of Korean high speed train. The equivalent continuum modeling approach panels can be used for the efficient design and evaluation of their structural characteristics. The equivalent continuum models, derived from the true complex corrugated panels, should have the same structural behavior as the original structures have. This paper briefly reviews three representative continuum modeling methods: the static analysis method and two plate-models based on modal analysis methods (MAM). These methods are evaluated through some numerical examples by comparing the natural frequencies and static deflections. It is observed that the plate-model based on Rayleigh-Ritz method seems to provide the best results when used in conjunction with the cantilever-type boundary conditions. The equivalent elastic constants of various corrugated panels, depending on the changes in their configurations, are tabulated for efficient use in structural design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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