The paper discusses numerical analysis of tensile notched specimens with the use of Gurson - Tvergaard - Needleman (GTN) material model. The analysis concerned S235JR and S355J2G3 steel grades, subjected to medium stress state triaxiality ratio, amounting 0.739. A complete procedure for FEM model preparation was described, paying special attention to the issue of determining material constants in the GTN model. An example of critical void volume fraction ($f_c$) experimental determination procedure was presented. Finally, the results of numerical analyses were discussed, indicating the differences between steel grades under investigation.
A numerical procedure for optimizing the shape of three-dimensional sedimentation tank is presented to maximize its sedimentation efficiency. The response surface based optimization is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis for multi-phase flow. Standard $k-{\epsilon}$ model is used as a turbulence closure. Three design variables such as, tank height to center feed wall diameter ratio, blockage ratio of center feed wall and angle of distributor are chosen as design variables. Sedimentation efficiency is defined as an objective function. Full-factorial method is used to determine the training points as a means of design of experiment. Sensitivity of each design variable on the objective function has been evaluated. And, optimal values of the design variables have been obtained.
This article deals with the frequency analysis of viscoelastic sandwich disk with graphene nano-platelets (GPLs) reinforced viscoelastic concrete (GPLRVC) face sheets and honeycomb core. The honeycomb core is made of aluminum due to its low weight and high stiffness. The rule of the mixture and modified Halpin-Tsai model are engaged to provide the effective material constant of the concrete. By employing Hamilton's principle, the governing equations of the structure are derived and solved with the aid of the Generalize Differential Quadrature Method (GDQM). In this paper, viscoelastic properties are modeled according to Kelvin-Voigt viscoelasticity. The deflection as the function of time can be solved by the fourth-order Runge-Kutta numerical method. Afterward, a parametric study is carried out to investigate the effects of the outer to inner radius ratio, hexagonal core angle, thickness to length ratio of the concrete, the weight fraction of GPLs into concrete, and the thickness of honeycomb core to inner radius ratio on the frequency of the viscoelastic sandwich disk with honeycomb core and FG-GPLRVC face sheet.
Benferhat, R.;Hassaine Daouadji, T.;Hadji, L.;Said Mansour, M.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.1
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pp.123-136
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2016
This work focuses on the behavior of the static analysis of functionally graded plates materials (FGMs) with porosities that may possibly occur inside the functionally graded materials (FGMs) during their fabrication. For this purpose a new refined plate theory is used in this work, it contains only four unknowns, unlike five unknowns for other theories. This new model meets the nullity of the transverse shear stress at the upper and lower surfaces of the plate. The parabolic distribution of transverse shear stresses along the thickness of the plate is taken into account in this analysis; the material properties of the FGM plate vary a power law distribution in terms of volume fraction of the constituents. The rule of mixture is modified to describe and approximate material properties of the FG plates with porosity phases. The validity of this theory is studied by comparing some of the present results with other higher-order theories reported in the literature, the influence of material parameter, the volume fraction of porosity and the thickness ratio on the behavior mechanical P-FGM plate are represented by numerical examples.
This paper is to simulate a solar hot water heating system used in a medium-scale office building using the dynamic simulation. This study is focused chiefly on the annual variation of energy performance, the solar fraction with respect to the difference of hot water load temperature. For this purpose the simple model of a solar hot water heating system has been considered with TRNSYS program and the simulations were performed with the weather data in Seoul, Korea. The share ratio of solar hot water system of the summer season appeared higher than the winter season because that the decrease of the domestic hot water load was far despite the relative decrease of the solar radiation. As the temperature was lower from $60^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$, the solar fraction increases 8.1 percent due to 20-percent decrease of annual hot water load.
This study investigates the buckling behavior of CNTRC beams on a Winkler-Pasternak elastic foundation, considering their stiffness. To achieve the highest accuracy, the shear stiffness is taken into account based on the Higher-order Shear Deformation Theory (HSDT). A novel exponential power-law distribution of the CNT volume fraction across the beam thickness is employed to model CNTRC beams. Various reinforcement patterns are incorporated into the polymer matrix, featuring single-walled carbon nanotubes (SWCNT) that are both aligned and distributed. The effective mechanical properties of the CNTRC beam are predicted using the rule of mixtures. Hamilton's principle is applied to derive the differential equations of motion. This theoretical framework enables the validation of the approach by comparing numerical simulation results with previous studies. The impact of the exponent order (n), CNT volume fraction, geometrical ratio, and Winkler-Pasternak parameters on buckling analysis is thoroughly presented and discussed. The results indicate that, among the different types of analyzed CNTRC beams, the X-Beam pattern demonstrates the highest buckling load capacity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.3
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pp.181-189
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2016
An analytical model was developed by Sim to estimate the two-phase damping ratio for upward two-phase flow perpendicular to horizontal tube bundles. The parameters of two-phase flow, such as void fraction and pressure loss evaluated in the model, were calculated based on existing experimental formulations. However, it is necessary to implement a few improvements in the formulations for the case of tube bundles. For the purpose of the improved formulation, we need more information about the two-phase parameters, which can be found through experimental test. An experiment is performed with a typical normal square array of cylinders subjected to the two-phase flow of air-water in the tube bundles, to calculate the two-phase Euler number and the two-phase friction multiplier. The pitch-to-diameter ratio is 1.35 and the diameter of cylinder is 18mm. Pressure loss along the flow direction in the tube bundles is measured with a pressure transducer and data acquisition system to calculate the two-phase Euler number and the two-phase friction multiplier. The void fraction model by Feenstra et al. is used to estimate the void fraction of the two-phase flow in tube bundles. The experimental results of the two phase friction multiplier and two-phase Euler number for homogeneous and non-homogeneous two-phase flows are compared and evaluated against the analytical results given by Sim's model.
This paper presents the dynamic instability analysis of un-damped elastically supported piezoelectric functionally graded (FG) beams subjected to in-plane static and dynamic periodic thermomechanical loadings with uncertain system properties. The elastic foundation model is assumed as one parameter Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The piezoelectric FG beam is subjected to non-uniform temperature distribution with temperature dependent material properties. The Young's modulus and Poison's ratio of ceramic, metal and piezoelectric, density of respective ceramic and metal, volume fraction exponent and foundation parameters are taken as uncertain system properties. The basic nonlinear formulation of the beam is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman strain kinematics. The governing deterministic static and dynamic random instability equation and regions is solved by Bolotin's approach with Newmark's time integration method combined with first order perturbation technique (FOPT). Typical numerical results in terms of the mean and standard deviation of dynamic instability analysis are presented to examine the effect of slenderness ratios, volume fraction exponents, foundation parameters, amplitude ratios, temperature increments and position of piezoelectric layers by changing the random system properties. The correctness of the present stochastic model is examined by comparing the results with direct Monte Caro simulation (MCS).
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.04a
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pp.11-18
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1997
Mechanical properties of a composite mixed by components with known material properties are numerically predicted at various volume fractions rather than investigated through experiments. The properties, elastic modulus and Poisson's ratio, are estimated by minimizing the error between the static displacements computed from a model for the composite and those computed from a model of homogeneous and isotropic material. A finite element model for a composite is proposed to distribute different types of material components easily into the model depending on the volume fraction. Mechanical properties of a composite filled with solid mircospheres are predicted numerically through a sample study and the estimated results are compared with experimental results and some theories.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.31
no.2
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pp.228-235
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2004
The development and proliferation of the mandibular condyle can be altered by changes in the biomechanical environment of the temporomandibular joint. The biomechanical loads were varied by feeding diets of different consistencies. The purpose of the present study was to determine whether changes of masticatory forces by feeding a soft diet can alter the trabecular bone morphology of the growing mouse mandibular condyle, by means of micro-computed tomography. Thirty-six female, 21 days old, C57BL/6 mice were randomly divided into two groups. Mice in the hard-diet control group were fed standard hard rodent pellets for 8 weeks. The soft-diet group mice were given soft ground diets for 8 weeks and their lower incisors were shortened by cutting with a wire cutter twice a week to reduce incision. After 8 weeks all animals were killed after they were weighed. Following sacrifice, the right mandibular condyle was removed. High spatial resolution tomography was done with a Skyscan Micro-CT 1072. Cross-sections were scanned and three-dimensional images were reconstructed from 2D sections. Morphometric and nonmetric parameters such as bone volume(BV), bone surface(BS), total volume(TV), bone volume fraction(BV/TV), surface to volume ratio(BS/BV), trabecular thickness(Tb. Th.), structure model index(SMI) and degree of anisotropy(DA) were directly determined by means of the software package at the micro-CT system. From directly determined indices the trabecular number(Tb. N.) and trabecular separation(Tb. Sp.) were calculated according to parallel plate model of Parfitt et al.. After micro-tomographic imaging, the samples were decalcified, dehydrated, embedded and sectioned for histological observation. The results were as follow: 1. The bone volume fraction, trabecular thickness(Tb. Th.) and trabecular number(Tb. N.) were significantly decreased in the soft-diet group compared with that of the control group (p<0.05). 2. The trabecular separation(Tb. Sp.) was significantly increased in the soft-diet group(p<0.05). 3. There was no significant differences in the surface to volume ratio(BS/BV), structure model index(SMI) and degree of anisotropy(DA) between the soft-diet group and hard-diet control group (p>0.05). 4. Histological sections showed that the thickness of the proliferative layer and total cartilage thickness were significantly reduced in the soft-diet group.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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