This study contributes to evaluate multiphase topology optimization design of plate-like structures on elastic foundations by using classic plate theory. Multi-material optimal topology and shape are produced as an alternative to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Multi-material topology optimization problem is solved through an alternative active-phase algorithm with Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Stiffness and adjoint sensitivity formulations linked to thin plate potential strain energy are derived in terms of multiphase design variables and Winkler-Pasternak parameters considering elastic foundation to apply to the current topology optimization. Numerical examples verify efficiency and diversity of the present topology optimization method of elastic thin plates depending on multiple materials and Winkler-Pasternak parameters with the same amount of volume fraction and total structural volume.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.2
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pp.186-191
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2008
A lot of equipments installed in ships must be isolated for relaxing the shock, vibration and noise using the elastic mounts. Most of the elastic mounts are made of the rubber, however it is not easy to design the effective rubber mount. Because, in general, the rubber has a non-linear constitutive characteristics especially for a large deformation. So, there are many difficulties to estimate the accurate structural response of rubber which is the basis of the shape design of the mounts. In this study, the detailed non-linear viscoelastic large deformation finite element analysis method was dealt with. And to verify validity of the present analysis scheme, the results were compared with experiments.
In this study, circular plates subjected to general type of loads and supported on a two-parameter elastic foundation are analysed. The stiffness, elastic bedding and soil shear effect matrices of a fully compatible ring sector plate element, developed by Saygun (1974), are obtained numerically assuming variable thickness of the element. Ring sector soil finite element is also defined to determine the deflection of the soil surface outside the domain of the plate in order to establish the interaction between the plate and the soil. According to Vallabhan and Das (1991) the elastic bedding (C) and shear parameters ($C_T$) of the foundation are expressed depending on the elastic constants ($E_s$, $V_s$) and the thickness of compressible soil layer ($H_s$) and they are calculated with a suitable iterative procedure. Using ring sector elements presented in this paper, permits the generalization of the loading and the boundary conditions of the soil outside the plate.
This article analyzed the modulus degradation of concrete subjected to multi-level compressive cyclic loading. The evolution of secant elastic modulus is investigated based on measurements from top loading platen and LVDT in the middle part of concrete. The difference value of the two secant elastic moduli is reduced when close to failure and could be used as a fatigue failure precursor. The fatigue hardening is observed for concrete during cyclic loading. When the maximum stress is smaller the fatigue hardening is more obvious. The slight increase of maximum stress will lead to the "periodic hardening". The tangent elastic modulus shows a specific "bowknot" shape during cyclic loading, which can characterize the hysteresis of stress-strain and is influenced by the cyclic loading stresses. The deterioration of secant elastic modulus acts a similar role with respect to the P-wave speed during cyclic loading, can both characterize the degradation of the concrete properties.
The use of shape memory alloys (SMAs) has been seriously considered in seismic engineering due to their capabilities, such as the ability to tolerate cyclic deformations and dissipate energy. Five 3-D extended end-plate connection models have been created, including one conventional connection and four connections with Nitinol bolts of four different prestress forces. Their cyclic behaviors have been investigated using the finite element method software ANSYS. Subsequently, the moment-rotation responses of the connections have been derived by subjecting them to cyclic loading based on SAC protocol. The results obtained in this research indicate that the conventional connections show residual deformations despite their high ductility and very good energy dissipation; therefore, they cannot be repaired after loading. However, while having good energy dissipation and high ductility, the connections equipped with Nitinol bolts have good recentering capability. Moreover, a connection with the mentioned specifications has been modeled, except that only the external bolts replaced with SMA bolts and assessed for seismic loading. The suggested connection shows high ductility, medium energy dissipation and very good recentering. The main objective of this research is to concentrate the deformations caused by cyclic loading on the connection in order to form super-elastic hinge in the connection by the deformations of the shape memory alloy bolts.
He, Huan;Stroeven, Piet;Stroeven, Martijn;Sluys, Lambertus Johannes
Computers and Concrete
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v.8
no.6
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pp.677-692
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2011
Particle packing on meso-level has a significant influence on workability of fresh concrete and also on the mechanical and durability properties of the matured material. It was demonstrated earlier that shape exerts but a marginal influence on the elastic properties of concrete provided being packed to the same density, which is not necessarily the case with different types of aggregate. Hence, elastic properties of concrete can be treated as approximately structure-insensitive parameters. However, fracture behaviour can be expected structure-sensitive. This is supported by the present study based on discrete element method (DEM) simulated three-phase concrete, namely aggregate, matrix and interfacial transition zones (ITZs). Fracture properties are assessed with the aid of a finite element method (FEM) based on the damage materials model. Effects on tensile strength due to grain shape and packing density are investigated. Shape differences are shown to have only modest influence. Significant effects are exerted by packing density and physical-mechanical properties of the phases, whereby the ITZ takes up a major position.
The prestress force effect on the fundamental frequency and deflection shape of Prestressed Concrete I (PCI) beams was studied in this paper. Currently, due to the conflicts among existing theories, the analytical solution for properly considering the structural behavior of these prestressed members is not clear. A series of experiments were conducted on a large-scale PCI beam of high strength concrete with an eccentric straight unbonded tendon. Specifically, the simply supported PCI beam was subjected to free vibration and three-point bending tests with different prestress forces. Subsequently, the experimental data were compared with analytical results based on the Euler-Bernoulli beam theory. It was proved that the fundamental frequency of PCI beams is unaffected by the increasing applied prestress force, if the variation of the initial elastic modulus of concrete with time is considered. Vice versa, the relationship between the deflection shape and prestress force is well described by the magnification factor formula of the compression-softening theory assuming the secant elastic modulus.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.234-242
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1987
The solution of shape design problems based on variational analysis has been approached by using the domain adaptive method. The objective of the structural shape design is to minimize the weight within a bound on local stress measure, or to minimize the maximum local stress measure within a bound on the weight. A derived optimality condition in both design problems requires that the unit mutual energy has constant value along the design boundary. However, the condition for constant stress on the design boundary was used in computation since the computed mutual energy oscillates severely on the boundary. A two step iteration scheme using domain adaptation was presented as a computational method to slove the example designs of elastic structures. It was also shown that remeshing by grid adaptation was effective to reduce oscillatory behavior on the design boundary.
The welded specimens were made by butt welding of the 2 wires of 50mm length using the pulsed YAG laser. The laser welded wires were tested for investigating the shape memory effect and the ability of super elasticity. The fatigue properties of the welded wires were investigated using the rotary bending fatigue tester specially designed for wires. Moreover, the effect of defocusing distance during laser welding on the static and fatigue properties was Investigated. The shape memory effect and super elasticity of the laser welded wires were approximately identical with that of base metal at the test temperature below 353K. However, the welded wires were broken within elastic limit at the test temperature above 353k. Under the cyclic bending loading conditions, the welded wires could be useful only below the elastic limit, while the base metal had sufficient fatigue life even the stress induced M-phase region. The fatigue strength of the welded wires was about half of that of the base metal. The deterioration of the static and fatigue properties in the welded wires was proven to be from the large difference of the transformation behavior between the base metal and welded part that is caused by vaporization of Ni-content at the welded part during the welding process. The defocusing distance below 3mm acted more largely on lowering the strength of the welded wires than that of 6mm or 8mm.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.914-917
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2005
The paper proposes a new sonic resonance test for a dynamic elastic constant measurement which is based on time-average electronic speckle pattern interferometry(TA-ESPI)and Euler-Bernoulli equation. Previous measurement technique of dynamic elastic constant has the limitation of application for thin film or polymer material because contact to specimen affects the result. TA-ESPI has been developed as a non-contact optical measurement technique which can visualize resonance vibration mode shapes with whole-field. The maximum vibration amplitude at each vibration mode shape is a clue to find the resonance frequencies. The dynamic elastic constant of test material can be easily estimated from Euler-Bernoulli equation using the measured resonance frequencies. The TA-ESPI dynamic elastic constant measurement technique is able to give high accurate elastic modulus of materials through a simple experiment and analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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