A long-term structural health monitoring (SHM) system comprising over 700 sensors of sixteen types has been implemented on the Guangzhou Television and Sightseeing Tower (GTST) of 610 m high for real-time monitoring of the structure at both construction and service stages. As part of this sophisticated SHM system, 48 temperature sensors have been deployed at 12 cross-sections of the reinforced concrete inner structure of the GTST to provide on-line monitoring via a wireless data transmission system. In this paper, the differential temperature profiles in the reinforced concrete inner structure of the GTST, which are mainly caused by solar radiation, are recognized from the monitoring data with the purpose of understanding the temperature-induced structural internal forces and deformations. After a careful examination of the pre-classified temperature measurement data obtained under sunny days and non-sunny days, common characteristic of the daily temperature variation is observed from the data acquired in sunny days. Making use of 60-day temperature measurement data obtained in sunny days, statistical patterns of the daily rising temperature and daily descending temperature are synthesized, and temperature distribution models of the reinforced concrete inner structure of the GTST are formulated using linear regression analysis. The developed monitoring-based temperature distribution models will serve as a reliable input for numerical prediction of the temperature-induced deformations and provide a robust basis to facilitate the design and construction of similar structures in consideration of thermal effects.
In this article, a four-variable refined plate theory is presented for buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear strains, and satisfies the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factor. Young's modulus and Poisson ratio of the FGM plates are assumed to remain constant throughout the entire plate. However, the coefficient of thermal expansion of the FGM plate varies according to a power law form through the thickness coordinate. Equilibrium and stability equations are derived based on the present theory. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference such ratio of thermal expansion, aspect ratio, side-to-thickness ratio and gradient index will be investigated.
Temperature-dependent development model is an essential component for forecasting models of insect pests as well as for insect population models. This study reviewed the nonlinear models which explain the relationship between temperature and development rate of insects. In the present study, the types of models were classified largely into empirical and biophysical model, and the groups were subdivided into subgroups according to the similarity of mathematical equations or the connection with original idea. Empirical models that apply analytical functions describing the suitable shape of development curve were subdivided into multiple subgroups as Stinner-based types, Logan-based types, performance models and Beta distribution types. Biophysical models based on enzyme kinetic reaction were grouped as monophyletic group leading to Eyring-model, SM-model, SS-mode, and SSI-model. Finally, we described the historical development and characteristics of non-linear development models and discussed the availability of models.
The non-linear structural analysis of reinforced concrete beams in fire consists of three separate steps: (i) The estimation of the rise of surrounding air temperature due to fire; (ii) the determination of the distribution of the temperature within the beam during fire; (iii) the evaluation of the mechanical response due to simultaneous time-dependent thermal and mechanical loads. Steps (ii) and (iii) are dealt with in the present paper. We present a two-step computational procedure where a 2D transient thermal analysis over the cross-sections of beams are made first, followed by mechanical analysis of the structure. Fundamental to the accuracy of the mechanical analysis is a new planar beam finite element. The effects of plasticity in concrete, and plasticity and viscous creep in steel are taken into consideration. The properties of concrete and steel along with the values of their thermal and mechanical parameters are taken according to the European standard ENV 1992-1-2 (1995). The comparison of our numerical and full-scale experimental results shows that the proposed mechanical and 2D thermal computational procedure is capable to describe the actual response of reinforced concrete beam structures to fire.
We propose a heat jet approach for a two-dimensional square lattice with nearest neighbouring harmonic interaction. First, we design a two-way matching boundary condition that linearly relates the displacement and velocity at atoms near the boundary, and a suitable input in terms of given incoming wave modes. Then a phonon representation for finite temperature lattice motion is adopted. The proposed approach is simple and compact. Numerical tests validate the effectiveness of the boundary condition in reflection suppression for outgoing waves. It maintains target temperature for the lattice, with expected kinetic energy distribution and heat flux. Moreover, its linear nature facilitates reliable finite temperature atomic simulations with a correct description for non-thermal motions.
A rational estimation of moisture distribution in structural concrete is vital for predicting the possible extent and rate of progression of impending degradation processes. The paper proposes a numerical scheme for analysing the evolution of moisture distribution in concrete subjected to wetting-drying exposure caused by intermittent periods of rainfall. The proposed paradigm is based on the stage wise implementation of non-linear finite element (FE) analysis, with each stage representing a distinct phase of a typical wet-dry cycle. The associated boundary conditions have been constituted to realize the influence of various meteorological elements such as rain, wind, relative humidity and temperature on the exposed concrete surface. The reliability of the developed scheme has been demonstrated through its application for the simulation of experimentally recorded moisture profiles reported in published literature. A sensitivity analysis has also been carried out to study the influence of critical material properties on simulated results. The proposed scheme is vital to the service life modelling of concrete structures in tropical climates which largely remain exposed to the action of alternating rains.
The free vibration of temperature-dependent functionally graded plates (FGPs) resting on a viscoelastic foundation is investigated in this paper using a newly developed simple first-order shear deformation theory (FSDT). Unlike other first order shear deformation (FSDT) theories, the proposed model contains only four variables' unknowns in which the transverse shear stress and strain follow a parabolic distribution along the plates' thickness, and they vanish at the top and bottom surfaces of the plate by considering a new shape function. For this reason, the present theory requires no shear correction factor. Linear steady-state thermal loads and power-law material properties are supposed to be graded across the plate's thickness. Uniform, linear, non-linear, and sinusoidal thermal rises are applied at the two surfaces for simply supported FGP. Hamilton's principle and Navier's approach are utilized to develop motion equations and analytical solutions. The developed theory shows progress in predicting the frequencies of temperature-dependent FGP. Numerical research is conducted to explain the effect of the power law index, temperature fields, and damping coefficient on the dynamic behavior of temperature-dependent FGPs. It can be concluded that the equation and transformation of the proposed model are as simple as the FSDT.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.6
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pp.93-100
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2003
This paper describes the thermoelastic instability arising from friction heat generation in braking and proposes the finite element methods to predict the variation of temperature and thermal deformation. In a conventional disc brake analysis, heat generation is only related with wheel speed and friction material and the interface pressure between disc and pad is assumed constant. But under dynamic braking conditions, the frictional heat causes the thermoelastic distortion that leads to more concentrated contact pressure distribution and hence more and more non-uniform temperature. In this paper, to complete the solution of the thermomechanically coupled problem, the linear relation model between pressure and temperature is proposed and demonstrated in examples of a simple two dimensional contact problem. And the two dimensional model has been extended to an annular three dimensional disc model in order to consider more realistic geometry and to provide a more accurate critical speed for automotive brake systems.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.11
no.1
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pp.57-70
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2007
The effects of variable viscosity, blowing or suction on mixed convection flow of a viscous incompressible fluid past a semi-infinite horizontal flat plate aligned parallel to a uniform free stream in the presence of the wall temperature distribution inversely proportional to the square root of the distance from the leading edge have been investigated. The equations governing the flow are transformed into a system of coupled non-linear ordinary differential equations by using similarity variables. The similarity equations have been solved numerically. The effect of the viscosity temperature parameter, the buoyancy parameter and the blowing or suction parameter on the velocity and temperature profiles as well as on the skin-friction coefficient and the Nusselt number are discussed.
The aim of this paper is to investigate nonlinear dynamic responses of functionally graded composite beam resting on the nonlinear viscoelastic foundation subjected to moving mass with temperature rising. The non-linear strain-displacement relationship is considered in the finite strain theory and the governing nonlinear dynamic equation is obtained by using the Hamilton's principle. The Galerkin's decomposition technique is utilized to discretize the governing nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation and then the governing equation is solved by using of multiple time scale method. The influences of temperature rising, material distribution parameter, nonlinear viscoelastic foundation parameters, magnitude and velocity of the moving mass on the nonlinear dynamic responses are investigated. Also, the buckling temperatures of the functionally graded beams based on the finite strain theory are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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