Alaa A. Abdelrahman;Hanaa E. Abd-El-Mottaleb;Mohamed G. Elblassy;Eman A. Elshamy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.667-684
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2023
In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.243-248
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2002
As a notion of environment protection changes throughout the world, construction engineers, as part of the effort to resolve environmental problems, have been actively doing research on environmental friendly porous concrete using large and non-uniform aggregate. Porous Concrete enables water and air to pass through a firmly hardened material and allows required nutrients to reach roots of plants. The purpose of this study is to analyze planting ability when the change of aggregate gradation and void ratio. The results of an experiment from the planting ability of the porous concrete to its influence on the compressive strength are reported in this paper. As a result of the experiment, the compressive strength is higher when the gradation of aggregate is smaller, and it also goes higher when the void ratio gets smaller The planting ability of porous concrete is decided by the germination and the grass length of Indigofera pseudo-tinctoria(IPT). The length of IPT is longer when the gradation of aggregate is greater and the void ratio gets smaller.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1500-1508
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2004
Stress and displacement fields for a crack propagating along interface between isotropic material and functionally gradient one with linear property gradation along X direction are developed. The stress and displacement fields are obtained from the complex function of steady plane motion for isotropic and functionally gradient material (FGM). The stresses and displacement in isotropic material of bimaterial are not influenced by nonhomogeneity, however, the fields in FCM are influenced by nonhomogeneity in the terms of higher order, n$\geq$3. When the nonhomogeneous parameter in FGM is zero, or in area close to crack tip, the fields are identical to those of isotropic-isotropic bimaterial. Using these stress components, the effects of nonhomogeneity on stresses are discussed.
This paper aims to fill the technical gap on the elastic buckling behavior of functionally graded material (FGM) grid systems under inplane loads on which few research has been done. Material properties of an FG beam are assumed to vary smoothly in the thickness direction according to power and exponential laws. Based on a hybrid-stress finite element formulation, buckling solutions for FGM grid systems consisting of various aspect ratios and material gradation are provided. The numerical results demonstrate that the aspect ratio and material gradation play an important role in the buckling behavior of FGM grid systems. We believe that the new results obtained from this study, will be very useful to designers and researchers in this field.
In this study, fire-damaged concrete was investigated by a nonlinear resonance vibration (NRV) technique, in order to evaluate its residual material properties. For the experiments, five cubic concrete specimens were prepared and four of them were damaged at different temperatures using a furnace. With a thermal insulator wrapped at the sides of specimen, thermal gradation was applied to the samples. According to the peak temperatures and depths of the samples, nonlinearity parameters were calculated with the NRV technique before the tendency of the parameters was evaluated. In addition, compressive strength and dynamic elastic modulus were measured for each sample and a comparison with the nonlinearity parameter was carried out. Through the experimental results, the possibility of the NRV technique as a method for evaluating residual material properties was evaluated.
Ahmed, Ridha A.;Fenjan, Raad M.;Hamad, Luay Badr;Faleh, Nadhim M.
Advances in materials Research
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v.9
no.1
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pp.33-48
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2020
With the use of differential quadrature method (DQM), forced vibrations and resonance frequency analysis of functionally graded (FG) nano-size beams rested on elastic substrate have been studied utilizing a shear deformation refined beam theory which contains shear deformations influence needless of any correction coefficient. The nano-size beam is exposed to uniformly-type dynamical loads having partial length. The two parameters elastic substrate is consist of linear springs as well as shear coefficient. Gradation of each material property for nano-size beam has been defined in the context of Mori-Tanaka scheme. Governing equations for embedded refined FG nano-size beams exposed to dynamical load have been achieved by utilizing Eringen's nonlocal differential law and Hamilton's rule. Derived equations have solved via DQM based on simply supported-simply supported edge condition. It will be shown that forced vibrations properties and resonance frequency of embedded FG nano-size beam are prominently affected by material gradation, nonlocal field, substrate coefficients and load factors.
In the present study, microstructure-dependent static stability analysis of inhomogeneous tapered micro-columns is performed. It is considered that the micro column is made of functionally graded materials and has a variable cross-section. The material and geometrical properties of micro column vary continuously throughout the axial direction. Euler-Bernoulli beam and modified couple stress theories are used to model the nonhomogeneous micro column with variable cross section. Rayleigh-Ritz solution method is implemented to obtain the critical buckling loads for various parameters. A detailed parametric study is performed to examine the influences of taper ratio, material gradation, length scale parameter, and boundary conditions. The validity of the present results is demonstrated by comparing them with some related results available in the literature. It can be emphasized that the size-dependency on the critical buckling loads is more prominent for bigger length scale parameter-to-thickness ratio and changes in the material gradation and taper ratio affect significantly the values of critical buckling loads.
This article investigates the nonlinear behavior of two-directional functionally graded materials (TDFGM) doubly curved panels with porosities for the first time. An improved and effectual approach is established based on the improved first-order shear deformation shell theory (IFSDST) and von Karman's type nonlinearity. The IFSDST considers the effects of shear deformation without the need for a shear correction factor. The composition of TDFGM constitutes four different materials, and the modified power-law function is employed to vary the material properties continuously in both thickness and longitudinal directions. A nonlinear finite element method in conjunction with Hamilton's principle is used to obtain the governing equations. Then, the direct iterative method is incorporated to accomplish the numerical results using the frequency-amplitude, nonlinear central deflection relations. Finally, the influence of volume fraction grading indices, porosity distributions, porosity volume, curvature ratio, thickness ratio, and aspect ratio provides a thorough insight into the linear and nonlinear responses of the porous curved panels. Meanwhile, this study emphasizes the influence of the volume fraction gradation profiles in conjunction with the various material and geometrical parameters on the linear frequency, nonlinear frequency, and deflection of the TDFGM porous shells. The numerical analysis reveals that the frequencies and nonlinear deformations can be significantly regulated by changing the volume fraction gradation profiles in a specified direction with an appropriate combination of materials. Hence, TDFGM panels can overcome the drawbacks of the functionally graded materials with a gradation of properties in a single direction.
C.S.G is a material made by adding cement and water to rock-like material such as riverbed gravel or excavation muck that can be obtained easily near dam si. Recently, the use of C.S.G is gradually increasing as the construction material for dam, road, revement and so on. Commonly, the strength characteristics of C.S.G is affected by various influence factors such as grade, unit cement, age and water contents. In this study, a series of compaction test and unconfined compressive strength test were performed to investigate the relationship between a strength and influence factors such as three kinds of gradation, age, unit cement and water contents with riverbed gravel in Hwa Buk dam. The results show that strength Properties of C.S.G is variously affected by these influence factors. Especially, gradation and water contents are found to be very important factors fur determining the strength of C.S.G material. And, from the results of experimental study, the correlation equations between uncompressive strength and these factors are proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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