Exact analytical solutions for in-plane static problems of planar curved beams with variable curvatures and variable cross-sections are derived by using the initial value method. The governing equations include the axial extension and shear deformation effects. The fundamental matrix required by the initial value method is obtained analytically. Then, the displacements, slopes and stress resultants are found analytically along the beam axis by using the fundamental matrix. The results are given in analytical forms. In order to show the advantages of the method, some examples are solved and the results are compared with the existing results in the literature. One of the advantages of the proposed method is that the high degree of statically indeterminacy adds no extra difficulty to the solution. For some examples, the deformed shape along the beam axis is determined and plotted and also the slope and stress resultants are given in tables.
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.
Ahmed, Ridha A.;Mustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.;Fenjan, Raad M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.3
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pp.413-420
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2020
Considering inverse cotangential shear strain function, the present paper studies nonlinear stability of nonlocal higher-order refined beams made of metal foams based on Chebyshev-Ritz method. Based on inverse cotangential beam model, it is feasible to incorporate shear deformations needless of shear correction factor. Metal foam is supposed to contain different distributions of pores across the beam thickness. Also, presented Chebyshev-Ritz method can provide a unified solution for considering various boundary conditions based on simply-supported and clamped edges. Nonlinear effects have been included based upon von-karman's assumption and nonlinear elastic foundation. The buckling curves are shown to be affected by pore distribution, geometric imperfection of the beam, nonlocal scale factor, foundation and geometrical factors.
Based on the consistent couple stress theory (CCST), we develop a unified formulation for analyzing the static bending and free vibration behaviors of functionally graded (FG) microscale beams (MBs). The strong forms of the CCST-based Euler-Bernoulli, Timoshenko, and Reddy beam theories, as well as the CCST-based sinusoidal, exponential, and hyperbolic shear deformation beam theories, can be obtained by assigning some specific shape functions of the shear deformations varying through the thickness direction of the FGMBs in the unified formulation. The above theories are thus included as special cases of the unified CCST. A comparative study between the results obtained using a variety of CCST-based beam theories and those obtained using their modified couple stress theory-based counterparts is carried out. The impacts of some essential factors on the deformation, stress, and natural frequency parameters of the FGMBs are examined, including the material length-scale parameter, the aspect ratio, and the material-property gradient index.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.4
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pp.57-66
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1989
In this paper, a theory for the static analysis of large plastic deformations of 3-dimensional frames, aiming at application to the collapse analysis of ship structures, is presented. In the frame analysis formulation, effects of shear deformations are included. A plastic hinge is inserted into the field of a beam end, and post. failure deformation of the plastic hinge is characterized by finite rotations and extensions. In order to model deep web frames of ship's structures into a framed structures, collapse of thin-walled plate girders is investigated. The proposed analysis method is applied to several ship structural models in the references.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.2
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pp.145-152
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1983
An adhesively bonded anisotropic structure containing a part-through crack subjected to in-plane mixed mode deformations is investigated. The problem is reduced to a pair of Fredholm integral equations of the second kind by mathematical analysis. By solving these equations numerically stress intensity factors k$_{1}$ and k$_{2}$ are presented. Two cases are considered with respect to fiber orientations. Case one is to fix the fiber orientations of sound plate bonded to cracked plate with various fiber orientations. The other is to vary fiber orientations for both plates. As boundary conditions, tension and shear loading respectively, are applied to bonded anisotropic plates to observe mixed mode deformations.
The ability of an electroactive polymer, IPMC (Ionic Polymer Metal Composites,) to produce electric charge under mechanical deformations may be exploited for the development of next generation of energy harvesters. Two different electrode types (gold and platinum) were employed for the experiments. The sample was tested under dynamic conditions, produced through programmed shaking. In order to evaluate the potential of IPMC for dry condition, these samples were treated with ionic liquid. Three modes of mechanical deformations (bending, tension and shear) were analyzed. Experimental results clearly indicate that IPMCs are attractive applicants for energy harvesting, with inherent advantages like flexibility, low cost, negligible maintenance and virtually infinite longevity. Besides, preliminary energy harvesting model of IPMC has been formulated based upon the work of previous investigators (Newbury 2002, Newbury and Leo 2002, Lee, et al. 2005, Konyo, et al. 2004) and the simulation results reciprocate experimental results within acceptable error.
Thin plates are the most common spatially stressed members in engineering structures that bear out-of-plane loads. Therefore, it is of great significance to study the deformation performance characteristics of thin plates for structural design. By constructing 12 basic displacement and deformation basis vectors of the four-node square thin plate element, a deformation decomposition method based on the complete orthogonal mechanical basis matrix is proposed in this paper. Based on the deformation decomposition method, the deformation properties of the thin plate can be quantitatively analyzed, and the areas dominated by each basic deformation can be visualized. In addition, the method can not only obtain more deformation information of the structure, but also identify macroscopic basic deformations, such as bending, shear and warping deformations. Finally, the deformation properties of the bidirectional thin plates with different sizes of central holes are analyzed, and the changing rules are obtained.
In the past decades, recycling use of demolished concrete was almost limited to the types of recycled coarse aggregate with a size of about 5-40 mm and recycled fine aggregate with a size of about 0-5 mm for concrete structures, and reuse of demolished concrete lumps (DCLs) with a size much larger than that of recycled aggregate, e.g., 50-300 mm, has been limited to roadbed, backfilling materials, or discarded to landfills. Treatment processes of DCLs are much simpler than those of recycled aggregate, leading to less cost and more energy-saving. In the future, the amount of demolished concrete is estimated to be much higher, so reuse of DCLs for concrete structures will become necessary. The objectives of this paper are to document the process of making reinforced concrete beams with DCLs, and to discuss the flexural and shear behaviors of those reinforced DCL beams through an experimental program, which includes three beams filled with DCLs and one conventional beam for investigating the flexural strengths and deformations, and 12 beams filled with DCLs and two conventional beams for investigating the shear strengths and deformations. The authors hope that the proposed concept offers another sustainable solution to the concrete industry.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.783-790
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2004
In this study, a newly modified soil nailing technology named as the PSN(pretensioned soil nailing) system, is developed to reduce both facing displacements and ground surface settlements in top-down excavation process as well as to increase the global stability. Up to now, the PSN system has been investigated mainly focusing on an establishment of the design procedure. In the present study, the analytical procedure and design technique are proposed to evaluate maximum pretension force and stability of the PSN system. Also proposed arc techniques to determine the required thickness of a shotcrete facing and to estimate probability of a failure against the punching shear. Based on the proposed procedure and technique, effects of the radius of a influence circle and dilatancy angle on the thickness of a shotcrete facing, bonded length and safety factors arc analyzed. In addition, effects of the reduction of deformations expected by pretensioning of the soil nails are examined in detail throughout an illustrative example and $FLAC^{2D}$ program analysis. And a numerical approach is further made to determine a postulated failure surface as well as a minimum safety factor of the proposed PSN system using the shear strength reduction technique with the $FLAC^{2D}$ program. Global minimum safety factors and local safety factors at various excavation stages computed in case of the PSN system arc analyzed throughout comparisons with the results expected in case of the general soil nailing system. The efficiency of the PSN system is also dealt with by analyzing the wall-facing deformations and the adjacent ground surface settlements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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