In this paper, a general model is developed to predict the distribution of interfacial shear and normal stresses of FG beam reinforced by porous FGM plates under mechanical loading. The beam is assumed to be isotropic with a constant Poisson's ratio and power law elastic modulus through the beam thickness. Stress distributions, depending on an inhomogeneity constant, were calculated and presented in graphicals forms. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam, and it is shown that the inhomogeneities play an important role in the distribution of interfacial stresses. The results presented in the paper can serve as a benchmark for future analyses of functionally graded beams strengthened by imperfect varying properties plates. Numerical comparisons between the existing solutions and the present new solution enable a clear appreciation of the effects of various parameters. The results of this study indicated that the imperfect functionally graded panel strengthening systems are effective in enhancing flexural behavior of the strengthened FGM beams. This research is helpful in understanding the mechanical behaviour of the interface and design of hybrid structures.
Barakat, Samer;Al-Toubat, Salah;Leblouba, Moussa;Burai, Eman Al
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.5
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pp.579-589
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2019
Numerous experimental studies have been conducted on reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with externally bonded fiber reinforced polymer (EBFRP). The objectives of this work are to study the behavioral trends of shear strengthened EBFRP RC beams after updating the existing database. The previously published databases have been updated, enriched and cross checked for completeness, redundancy and consistency. The updated database now contains data on 698 EBFRP beams and covers the time span from 1992 to 2018. The collected database then refined applying certain filters and used to investigate and capture better interactions among various influencing parameters affecting the shear strength of EBFRP beams. These parameters include the type and properties of FRP, fiber orientation as well as the strengthening scheme, the shear and the longitudinal steel reinforcement ratios, the shear span ratio, and the geometry of the member. The refined database is used to test the prediction accuracy of the existing design models. Considerable scatters are found in the results of all tested prediction models and in many occasions the predictions are unsafe. To better understand the shear behavior of the EBFRP RC beams and then enhance the prediction models, it was concluded that focused experimental programs should be carried out.
This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
In this paper, free vibration of Cooper-Naghdi micro sandwich cylindrical shell with saturated porous core and reinforced carbon nanotube (CNT) piezoelectric composite face sheets is investigated by using first order shear deformation theory (FSDT) and modified couple stress theory (MCST). The sandwich shell is subjected to magneto-thermo-mechanical loadings with temperature dependent material properties. Energy method and Hamilton's principle are used for deriving of the motion equations. The equations are solved by Navier's method. The results are compared with the obtained results by the other literatures. The effects of various parameters such as saturated porous distribution, geometry parameters, volume fraction and temperature change on the natural frequency of the micro-sandwich cylindrical shell are addressed. The obtained results reveal that the natural frequency of the micro sandwich cylindrical shell increases with increasing of the radius to thickness ratio, Skempton coefficient, the porosity of the core, and decreasing of the length to radius ratio and temperature change.
The dense granular flow spallation target is a new target concept proposed for an Accelerator-Driven Sub-critical (ADS) system. In this paper, the beam-target configurations of a tungsten granular flow target for the ADS with a thermal power of 1 GW is explored. The beam profile options using different scanning methods are discussed. The critical geometry parameters are adjusted to investigate the performance of the granular target from the aspects of neutron efficiency, stability and temperature distribution in target medium. To figure out how the target under accident conditions would behave, different clogging conditions are induced in the simulation. The dynamic processes are analyzed and some important parameters such as abnormal temperature rise and beam cutoff time window are obtained. The response of the sub-critical reactor to a clogging accident is also investigated. It is indicated that the monitoring of the granular flow by the neutron detectors in the sub-critical core will be effective.
Coughing and breath shortness are common symptoms of nano (small) cell lung cancer. Smoking is main factor in causing such cancers. The cancer cells form on the soft tissues of lung. Deformation behavior and wave vibration of lung affected when cancer cells exist. Therefore, in the current work, phase velocity behavior of the small cell lung cancer as a main part of the body via an exact size-dependent theory is presented. Regarding this problem, displacement fields of small cell lung cancer are obtained using first-order shear deformation theory with five parameters. Besides, the size-dependent small cell lung cancer is modeled via nonlocal stress/strain gradient theory (NSGT). An analytical method is applied for solving the governing equations of the small cell lung cancer structure. The novelty of the current study is the consideration of the five-parameter of displacement for curved panel, and porosity as well as NSGT are employed and solved using the analytical method. For more verification, the outcomes of this reports are compared with the predictions of deep neural network (DNN) with adaptive optimization method. A thorough parametric investigation is conducted on the effect of NSGT parameters, porosity and geometry on the phase velocity behavior of the small cell lung cancer structure.
Data-driven engineering is crucial for information delivery between design, fabrication, assembly, and maintenance of prefabricated structures. Design for manufacturing and assembly (DfMA) is a critical methodology for prefabricated bridge structures. In this study, a novel concept of digital engineering model that combined existing knowledge of DfMA with object-oriented parametric modeling technologies was developed. Three-dimensional (3D) geometry models and their data models for each phase of a construction project were defined for information delivery. Digital design models were used for conceptual design, including aesthetic consideration and possible variation during fabrication and assembly. The seismic performance of a bridge pier was evaluated by linking the design parameters to the calculated moment-curvature curves. Control parameters were selected to consider the tolerance control and revision of the digital models. Digitalized fabrication of the prefabricated members was realized using the digital fabrication model with G-code for a concrete printer or a robot. The fabrication error was evaluated and the design digital models were updated. The revised fabrication models were used in the preassembly simulation to guarantee constructability. For the maintenance of the bridge, the as-built information was defined for the prefabricated bridge piers. The results of this process revealed that data-driven information delivery is crucial for lifecycle management of prefabricated bridge piers.
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.
This study proposes a procedure for designing a labyrinth seal that meets both leakage flow rate and rotordynamic performance criteria (effective damping, amplification factor, separation margin, logarithmic decrement, and vibration amplitude). The seal is modeled using a one control volume (1CV) bulk flow approach to predict the leakage flow rate and rotordynamic coefficients. The rotating shaft is modeled with the finite element (FE) method and is assumed to be supported by two linearized bearings. Geometry, material and operating conditions of the rotating shaft, and the supporting characteristics of the bearings were fixed. A single labyrinth seal is placed at the center of the rotor, and the linearized dynamic coefficients predicted by the seal numerical model are inserted as linear springs and dampers at the seal position. Seal designs that satisfy both leakage and rotordynamic performance are searched by modifying five seal design parameters using the multi-grid method. The five design parameters include pre-swirl ratio, number of teeth, tooth pitch, tooth height and tooth tip width. In total, 12500 seal models are examined and the optimal seal design is selected. Finally, normalization was performed to select the optimal labyrinth seal designs that satisfy the system performance requirements.
In the present paper, multiple interface cracks between a functionally graded orthotropic coating and an orthotropic half-plane substrate under concentrated loading are considered by means of the distribution dislocation technique (DDT). With the use of integration of Fourier transform the problem is reduced to a system of Cauchy-type singular integral equations which are solved numerically to compute the dislocation density on the surfaces of the cracks. The distribution dislocation is a powerful method to calculate accurate solutions to plane crack problems, especially this method is very good to find SIFs for multiple unequal cracks located at the interface. Hence this technique allows considering any number of interface cracks. The primary objective of this paper is to investigate the effects of the interaction of multiple interface cracks, load location, material orthotropy, nonhomogeneity parameters and geometry parameters on the modes I and II SIFs. Numerical results show that modes I/II SIFs decrease with increasing the nonhomogeneity parameter and the highest magnitude of SIF occurs where distances between the load location and crack tips are minimal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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