Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
This research studies the primary resonance and nonlinear vibratory responses of multilayer functionally graded shallow (MFGS) shells under external excitations. The shells considered with functionally graded porous (FGP) core and resting on two types of nonlinear viscoelastic foundations (NVEF) governed by either a linear model with two parameters of Winkler and Pasternak foundations or a nonlinear model of hardening/softening cubic stiffness augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model. The shells considered have three layers, sandwiched by functionally graded (FG), FGP, and FG materials. To investigate the influence of various porosity distributions, two types of FGP middle layer cores are considered. With the first-order shear deformation theory (FSDT), Hooke's law, and von-Kármán equation, the stress-strain relations for the MFGS shells with FGP core are developed. The governing equations of the shells are consequently derived. For the sake of higher accuracy and reliability, the P-T method is implemented in numerically analyzing the vibration, and the method of multiple scales (MMS) as one of the perturbation methods is used to investigate the primary resonance. The results of the present research are verified with the results available in the literature. The analytical results are compared with the P-T method. The influences of material, geometry, and nonlinear viscoelastic foundation parameters on the responses of the shells are illustrated.
In this paper, the modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theory (FSDT) are employed to investigate the free vibration and bending analyses of a three-layered micro-shell sandwiched by piezoelectric layers subjected to an applied voltage and reinforced graphene nanoplatelets (GPLs) under external and internal pressure. The micro-shell is resting on an elastic foundation modeled as Pasternak model. The mixture's rule and Halpin-Tsai model are utilized to compute the effective mechanical properties. By applying Hamilton's principle, the motion equations and associated boundary conditions are derived. Static/ dynamic results are obtained using Navier's method. The results are validated with the previously published works. The numerical results are presented to study and discuss the influences of various parameters on the natural frequencies and deflection of the micro-shell, such as applied voltage, thickness of the piezoelectric layer to radius, length to radius ratio, volume fraction and various distribution pattern of the GPLs, thickness-to-length scale parameter, and foundation coefficients for the both external and internal pressure. The main novelty of this work is simultaneous effect of graphene nanoplatelets as reinforcement and piezoelectric layers on the bending and vibration characteristics of the sandwich micro shell.
Yeo, Byung Chul;Shin, Bang Woong;Das, Braja M.;Puri, Vijay K.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.2
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pp.335-341
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1994
Laboratory model test results for bearing capacity of a square shallow foundation supported by a sand layer reinforced with layers of geogrid have been presented. Use of geogrids provides an economical and time efficient method for improving load-settlement, and strength characteristics of weak soils. Especially the geogrid reinforced soil will be necessary in the case of foundations supporting machines, embankments for railroads, and foundations of structures in earthquake-prone areas. Based on the present model test results, the bearing capacity ratio (BCR) with respect to the ultimate bearing capacity (UBC), at levels of limited settlement of the shallow foundation. has been determined. Also, it appears that significant improvement in the UBC of medium sands can be achieved by reinforcing elements which shows promise for future work.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.638-645
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2010
This study introduces a reinforcement work case using Twin-Jet Method. The area is located behind the abutment of the bridges built on soft clay along the $\bigcirc\bigcirc$ Express Highway. Its foundation was constructed by installing EPS blocks on the original ground to reduce the embankment load under the highway. However, the ground deformation has continuously occurred due to the settlement of the foundation soft cohesive soils. The amounts of subsidences at the surface turned out to be 20~30.0mm, After the pavement patch work on April 23, 2009, a drastic subsidence occurred together with 10mm swell, For this reason, Twin-Jet grout column construction was applied by passing through the EPS banking blocks without closing traffic flows on the express highway. The outcomes of core sample tests after reinforcing the ground turned out to be TCR 92.5%, RQD 64.6% and unconfined compressive strength 2.3~8.6Mpa. The test results showed that the condition of the ground foundation had improved using Twin-Jet grouting in most layers of ground including the cobble and gravel layer.
When bridge abutments are constructed on pile foundations in unstable slope, horizontal deflections may be developed in the piles and the abutments due to lateral soil movements arisen from backfills. In most of the above mentioned cases, the piles are situated in a soft layer where lateral earth pressures are developed between the piles and the soils. The undesirable lateral earth pressures decreases the stability of the piles. However, the piles may have a preventive effect against lateral soil movements and improve the stability of the slope. For the stability problem of such slope containing piles in a row, two kinds of analyses for the slope-stability and the pile-stability have to be performed. The whole stability of bridge abutments on pile foundation can be obtained only by the stabilization for both the slope and the piles. A reasonable analytical method for the bridge abutments on pile foundation was established in this study By use of the analytical method for an example, several factors which influence affect the stability of bridge abutment were investigated. Finally, for the bridge abutment subjected to lateral deflections damage, the fixity condition of pile head was investigated.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.835-846
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2007
This paper deals with the flexural free vibrations of circular strip foundation with the variable breadth on Pasternak soil. The breadth of strip varies with the linear functional fashion, which is symmetric about the mid-arc. Differential equations governing flexural free vibrations of such strip foundation are derived, in which the elastic soil with the shear layer, i.e. Pasternak soil, is considered. Effects of the rotatory and shear deformation are included in the governing equations. Differential equations are numerically solved to calculate the natural frequencies and mode shapes. In the numerical examples, the hinged-hinged, hinged-clamped and clamped-clamped end constraints are considered. Four lowest frequency parameters accompanied with their corresponding mode shapes are reported and parametric studies between frequency parameters and various system parameters are investigated.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.545-553
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2009
A lot of long-span marine bridge, which connects land to island or island to island, are being designed and constructed lately in south-west coast in South Korea. In the past, caisson foundations in marine were mainly adopted in construction and stability aspect, however, nowadays with development of pile construction technology, drilled shaft foundations are mainly adopted. As the long span cable stayed bridge and suspension bridge applied with lots of loads are being designed, the scale of pile foundations are getting larger. As the construction cost of substructure including foundation in marine bridges is too high, the appropriate evaluation of the axial bearing capacity of pile becomes a core factor to decide the construction cost of foundation if the drilled shaft is adopted as foundation type of bridge. The evaluation values of skin friction and end bearing capacity of drilled shaft in weathered rock suggested in south Korea are only to introduce the foreign specifications, and most of them are designed in a kind of hard soil layer. Also the allowable load of pile section is less than the expected bearing capacity of pile in the soil condition since the allowable capacity of pile is undervalued. Recently in order to improve this factor the bi-axial hydraulic load test of pile was taken, the data of load transfer analysis of pile, unit of skin friction and end bearing capacity are accumulated. In our country, the design of piles are made with ASD, however, LRFD considering service, strength and extreme state was adopted in Incheon Grand Bridge implemented with BTL, and the research to systematize the resistance coefficient appropriate at home country are being progressed.
Khalaj, Omid;Tafreshi, Seyed Naser Moghaddas;Mask, Bohuslav;Dawson, Andrew R.
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.3
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pp.373-395
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2015
Comprehensive results from cyclic plate loading at a diameter of 300 mm supported by layers of geocell are presented. The plate load tests were performed in a test pit measuring $2000{\times}2000mm$ in plane and 700 mm in depth. To simulate half and full traffic loadings, fifteen loading and unloading cycles were applied to the loading plate with amplitudes of 400 and 800 kPa. The optimum embedded depth of the first layer of geocell beneath the loading plate and the optimum vertical spacing of geocell layers, based on plate settlement, are both approximately 0.2 times loading plate diameter. The results show that installation of the geocell layers in the foundation bed, increase the resilient behavior in addition to reduction of accumulated plastic and total settlement of pavement system. Efficiency of geocell reinforcement was decreased by increasing the number of the geocell layers for all applied stress levels and number of cycles of applied loading. The results of the testing reveal the ability of the multiple layers of geocell reinforcement to 'shakedown' to a fully resilient behavior after a period of plastic settlement except when there is little or no reinforcement and the applied cyclic pressure are large. When shakedown response is observed, then both the accumulated plastic settlement prior to a steady-state response being obtained and the resilient settlements thereafter are reduced. The use of four layers of geocell respectively decreases the total and residual plastic settlements about 53% and 63% and increases the resilient settlement 145% compared with the unreinforced case. The inclusion of the geocell layers also reduces the vertical stress transferred down through the pavement by distributing the load over a wider area. For example, at the end of the load cycle of the applied pressure of 800 kPa, the transferred pressure at the depth of 510 mm is reduced about 21.4%, 43.9%, 56.1% for the reinforced bases with one, two, and three layers of geocell, respectively, compared to the stress in the unreinforced bed.
The primary function of the trackbed in a conventional railway track system is to decrease the stresses in the subgrade to be in an acceptable level. A properly designed trackbed layer performs this task adequately. Many design procedures have used assumed and/or are based on critical stiffness values of the layers obtained mostly in the field to calculate an appropriate thickness of the sublayers of the trackbed foundation. However, those stiffness values do not consider strain levels clearly and precisely in the layers. This study proposes a method of computation of stiffness that can handle with strain level in the layers of the trackbed foundation in order to provide properly selected design values of the stiffness of the layers. The shear modulus values are dependent on shear strain level so that the strain levels generated in the subgrade in the trackbed under wheel loading and below plate of Repeated Plate Bearing Test (RPBT) are investigated by finite element analysis program ABAQUS and PLAXIS programs. The strain levels generated in the subgrade from RPBT are compared to those values from RC (Resonant Column) test after some consideration of strain levels and stress consideration. For comparison of shear modulus G obtained from RC test and stiffness moduli $E_{v2}$ obtained from RPBT in the field, many numbers of mid-size RC tests in laboratory and RPBT in field were performed extensively. It was found in this study that there is a big difference in stiffness modulus when the converted $E_{v2}$ values were compared to those values of RC test. It is verified in this study that it is necessary to use precise and increased loading steps to construct nonlinear curves from RPBT in order to get correct $E_{v2}$ values in proper strain levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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