In this paper, a higher order shear and normal deformation theory is presented for functionally graded material (FGM) plates. By dividing the transverse displacement into bending, shear and thickness stretching parts, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. Indeed, the number of unknown functions involved in the present theory is only five, as opposed to six or even greater numbers in the case of other shear and normal deformation theories. The present theory accounts for both shear deformation and thickness stretching effects by a hyperbolic variation of ail displacements across the thickness and satisfies the stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the plate without requiring any shear correction factor. Equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions for the bending and free vibration analysis are obtained for simply supported plates. The obtained results are compared with three-dimensional and quasi- three-dimensional solutions and those predicted by other plate theories. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the bending and free vibration responses of functionally graded plates.
The rate of softening is an important factor to determine whether the failure occurs along localized shear band or in a more diffused manner. In this paper, strength loss and softening rate effect depending on sensitivity are investigated for weakly cemented clays, for both artificially cemented high plasticity San Francisco Bay Mud and low plasticity Yolo Loam. Destructuration and softening behavior for weakly cemented sensitive clays are demonstrated and discussed through multiple vane shear tests. Artificial sensitive clays are prepared in the laboratory for physical modeling or constitutive modeling using a small amount of cement (2 to 5%) with controlled initial water content and curing period. Through test results, shear band thickness is theoretically computed and the rate of softening is represented as a newly introduced parameter, ${\omega}_{80%}$. Consequently, it is found that the softening rate increases with sensitivity for weakly cemented sensitive clays. Increased softening rate represents faster strength loss to residual state and faster minimizing of shear band thickness. Uncemented clay has very low softening rate to 80% strength drop. Also, it is found that higher brittleness index ($I_b$) relatively shows faster softening rate. The result would be beneficial to study of physical modeling for sensitive clays in that artificially constructed high sensitivity (up to $S_t=23$) clay exhibits faster strain softening, which results in localized shear band failure once it is remolded.
The recently introduced index Ratio Of Torsion (ROT) quantifies the base shear amplification due to torsional effects on shear cantilever types of building structures. In this work, a theoretical proof based on the theory of elasticity is provided, depicting that the ratio of torsion (ROT) is independent of the forces acting on the structure, although its definition stems from the shear forces. This is a particular attribute of other design and evaluation criteria against torsion such as center of rigidity and center of strength. In the case of ROT, this evidence could be considered as inconsistent, as ROT is a function solely of the forces acting on structural members, nevertheless it is proven to be independent of them. As ROT is the amplification of the shear forces due to in-plan irregularities, this work depicts that this increase of internal shear forces rely only on the structural topology. Moreover, a numerical verification of this theoretical finding was accomplished, using linear statistics interpretation and nonlinear neural networks simulation for an adequate database of structures.
Kim, Dongmin;Hwang, Jinyul;Min, Too-Jae;Jo, Won-Min
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.1
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pp.52-63
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2022
Direct numerical simulation of blood flow in a stenosed, patient-specific carotid artery was conducted to explore the transient behavior of blood flow with special emphasis on the wall-shear stress distribution over the transition region. We assumed the blood as an incompressible Newtonian fluid, and the vessel was treated as a solid wall. The pulsatile boundary condition was applied at the inlet of the carotid. The Reynolds number is 884 based on the inlet diameter, and the maximum flow rate and the corresponding Womersley number is approximately 5.9. We found the transitional behavior during the acceleration and deceleration phases. In order to quantitatively examine the wall-shear stress distribution over the transition region, the probability density function of the wall-shear stress was computed. It showed that the negative wall-shear stress events frequently occur near peak systole. In addition, the oscillatory shear stress index was used to further analyze the relationship with the negative wall-shear stress appearing in the systolic phase.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.1
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pp.18-28
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2001
The present study investigates flow dynamics between two dimensional compliant plates under sinusoidal flow conditions in order to understand influence of wall motion, impedance phase angle (time delay between pressure and flow waveforms), and non-Newtonian fluid on wall shear stress using computational fluid dynamics. The results showed that wall motion induced additional terms in the streamwise velocity profile and the pressure gradient. These additional terms due to wall motion reduced the amplitude of wall shear stress and also changed the mean wall shear stress. The trend of the changes was very different depending on the impedance phase angle. As the impedance phase angle was changed to more negative values, the mean wall shear stress decreased while the amplitude of wall shear stress increased. As the phase angle was reduced from 0°to -90°under $\pm$4% wall motion, the mean wall shear stress decreased by 12% and the amplitude of wall shear stress increased by 9%. Therefore, for hypertensive patients who have large negative phase angles, the ratio of amplitude and mean of the wall shear stress is raised resulting in a more vulnerable state to atherosclerosis according to the low and oscillatory shear stress theory. We also found that non-Newtonian characteristics of the blood protect atherosclerosis by decreasing the oscillatory shear index.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.1
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pp.55-61
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2016
This paper presents the geotechnical characteristics of the soil mixed with various waste(waste soil) in the landfill. The physical and mechanical tests were conducted to find out the waste soil. The tests include the gradation, consistency tests, shear and compression and the consolidation tests using both the Rowe cell and the constant ration stress. The analyses of the test results show the waste soil belongs to the well graded sand(SW) in the laboratory and sand-gravel(SG) to fine sand(SF) in the field monitoring based on the unified classification soil system. The shear strength is increasing with increasing the shear displacement, however, the peak of the shear strength does not appear through the test and there is no distinct peak value of the strength obtained. The compression index(Cc) results in as increasing the amount of the sludge included and the compression index is proportional to the sludge included, which means more settlement is expected. The hydraulic conductivity of the waste soil ranges between $1.6{\times}10^{-5}cm/sec$ and $1.8{\times}10^{-7}cm/sec$.
The branched polycarbonates (B-PCs) with two different branching agents were synthesized from melt polymerization. The contents of branching agent were in the range of 0.001~0.005 mol%. The chemical structure of the synthesized PC was determined by FTIR, $^1H$ NMR, and $^{13}C$ NMR, spectroscopy. The molecular weight, glass transition and degradation temperatures were determined by GPC, DSC, and TGA. The molecular weight of the phloro type B-PC had a lower value than the other one, and the glass transition temperature increased with molecular weight. Compared with linear PC, the rheological properties of the B-PC indicated an increase of complex viscosity in the low frequency region and shear thinning tendency. Power law index(n) representing shear thinning was calculated by linear regression and the values were in the range of 0.483~0.996. The rheological properties of the B-PCs were measured by a dynamic rheometer.
This study presents an experiment and analysis to compare the seismic behavior of full-scale reinforced concrete beam-column joint strengthened by prestressed steel strips, externally bonded steel plate, and CFRP sheets. For experimental investigation, five specimens, including one joint without any retrofitting, one joint retrofitted by externally bonded steel plate, one joint retrofitted by CFRP sheets, and two joints retrofitted by prestressed steel strips, were tested under cyclic-reserve loading. The failure mode, strain response, shear deformation, hysteresis behavior, energy dissipation capacity, stiffness degradation and damage indexes of all specimens were analyzed according to experimental study. It was found that prestressed steel strips, steel plate and CFRP sheets improved shear resistance, energy dissipation capacity, stiffness degradation behavior and reduced the shear deformation of the joint core area, as well as changed the failure pattern of the specimen, which led to the failure mode changed from the combination of flexural failure of beams and shear failure of joints core to the flexural failure of beams. In addition, the beam-column joint retrofitted by steel plate exhibited a high bearing capacity, energy consumption capacity and low damage index compared with the joint strengthened by prestressed steel strip, and the prestressed steel strips reinforced joint showed a high strength, energy dissipation capacity and low shear deformation, stirrups strains and damage index compared to the CFRP reinforced joint, which indicated that the frame joints strengthened with steel plate exhibited the most excellent seismic behavior, followed by the prestressed steel strips.
Shear load transfer characteristics of rock-socketed drilled shafts were analyzed. The constant normal stiffness (CNS) direct shear tests were performed to identify the major influencing factors of shaft resistance, i.e., unconfined compressive strength, borehole roughness, normal stiffness, initial confining stress, and material properties. Based on the CNS tests, shear load transfer function of drilled shafts in rocks is proposed using borehole roughness and the geological strength index (GSI), which indicates discontinuity and surface condition of rock mass in Hoek-Brown criterion (1997). The proposed load-transfer function was verified by the load test results of seven rock-socketed drilled test shafts subjected to axial loads. Through comparisons of the results of load tests, it is found that the load-transfer function by the present study is in good agreement with the general trend observed by in situ measurements, and thus represents a significant improvement in the prediction of load transfer of drilled shafts.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.11a
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pp.49-54
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2000
Several soil parameters can be calculated for results of Piezocone test; sensitivity, soil classification, OCR, undrained shear strength, coefficient of consolidation etc., and used to analysis geotechnical problems. Particularly, the coefficient of consolidation which is related to degree of consolidation varies according to rigidity index(I/sub r/). In this study, rigidity index(I/sub r/) was analyzed by Roy's formula. Trixial tests and unconfined compression tests data in the ten sites was analyzed. In conclusion, rigidity index(I/sub r/) was suggested such as rigidity index(I/sub r/) = 15∼60, average rigidity index value(I/sub r/) of approximately 33 within a country.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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