A unified formulation of finite layer methods (FLMs), based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), is developed for the three-dimensional (3D) coupled electro-elastic analysis of simply-supported, functionally graded piezoelectric material (FGPM) plates with open- and closed-circuit surface conditions and under electro-mechanical loads. In this formulation, the material properties of the plate are assumed to obey an exponent-law varying exponentially through the thickness coordinate, and the plate is divided into a number of finite rectangular layers, in which the trigonometric functions and Lagrange polynomials are used to interpolate the in- and out-of-plane variations of the primary field variables of each individual layer, respectively, such as the elastic displacement, transverse shear and normal stress, electric potential, and normal electric displacement components. The relevant orders used for expanding these variables in the thickness coordinate can be freely chosen as the linear, quadratic and cubic orders. Four different mechanical/electrical loading conditions applied on the top and bottom surfaces of the plate are considered, and the corresponding coupled electro-elastic analysis of the loaded FGPM plates is undertaken. The accuracy and convergence rate of the RMVT-based FLMs are assessed by comparing their solutions with the exact 3D piezoelectricity ones available in the literature.
This paper investigates the operation of the $H_{\infty}$ static output-feedback controller to reduce dynamic responses under seismic excitation on the five-story and benchmark 20 story building with parametric uncertainties. Linear matrix inequality (LMI) control theory is applied in this system and then to achieve the desired LMI formulations, some transformations of the LMI variables is used. Conversely uncertainties due to material properties, environmental loads such as earthquake and wind hazards make the uncertain system. This problem and its effects are studied in this research. Also to decrease the transition of large amount of data between sensors and controller, avoiding the disruption of whole control system and economy problems, the operation of the decentralized controllers is investigated in this paper. For this purpose the comparison between the performance of the centralized, fully decentralized and partial decentralized controllers in uncoupled and coupled cases is performed. Also, the effect of the changing the number of stories in substructures is considered. Based on the numerical results, the used control algorithm is very robust against the parametric uncertainties and structural responses are decreased considerably in all the control cases but partial decentralized controller in coupled form gets the closest results to the centralized case. The results indicate the high applicability of the used control algorithm in the tall shear buildings to reduce the structural responses and its robustness against the uncertainties.
Optimization scheme is presented for the design of precast prestressed double-tee beams used as slabs in the parking or market structures. The objective considered is defined by a function that minimizes the hight of the double-tee beam, including the prefabricated element and the concrete topping poured in a second phase. The Sequential Quadratic Programming method is adopted to solve the problem. As an example 12 double-tee beams are designed with the design loads of the current design code of our country. The results from optimization process show that at least 29cm less in overall height than that designed by PCI design handbook. The section determined from the optimization process was refined for practical considerations. A MathCad 7.0 Pro Spreadsheet was prepared to verify all ACI requirements for flexure, shear and deflections. Flexural tests are performed on four full-scale 12.5m prototype models and show that all the specimens are fully comply the flexural strength requirements as specified by ACI 318-95. The present optimization scheme can be used for wider application of the design of precast prestressed double-tee beams with different materials and configurations particularly for in a large scale or for important designs.
The purpose of this paper is to evaluate the moment resistance of glulam post-to-base connections by applying quasi-static cyclic loads. The connectors consisted of inserted plates and drifted pins according to the load direction. The connection types employed in this study were total three including two unidirectional types (H, V) and the multi-directional type (M). The moment resistance of 8 mm-plate M-type is compared to 6 mm plate. Total four types of Post-to-base connection are prepared and tested under pseudo-static reversed cyclic loading. Test results showed that the yield moment of multi-directional connection is about 2 times higher than that uni-directional connections. The ductility ratio of multi-directional connection determined by EEEP was higher that that of uni-directional connection. It was becoming higher as the thickness of plate is increased. The Finite Element Analysis was conducted to estimate the stress distribution behavior of tested connections. Results showed the failure of multi-directional type were caused by the split of pined hole and the shear failure of lifted part of post.
An experimental study was carried out to identify the fatigue fractue behavior of weld zone in generally rolled steel for marine structure. The bending an shear loads were applied simultaneously on the specimens to simulate real load condition for marine structure. The effect of the stress intensity factor under mode I with II loading condition on the initiation and the propagation of a crack were investigated, with particular emphaiss on mode II. When the $K_{II}$ stress intensiy factor in mode II was applied under mode I load condition, the growth behavior of a crack seems to be affected mainly by the anisotropic characteristic of materials. Especially, when the crack was located in and near the weld zone and parallel to th weld line, the propagation behaviour was turned out to be quite different from that of the base metal along the direction transverse to the weld line. In general, the propagation veiocity of the cracks in and near the weld zone was found to be slower that the velocity in base metal.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.598-604
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2010
The drilled pier foundation is widely used to support transmission line structures due to its simplicity of construction. When this foundation type is used in conjunction with a single shaft or H-frame structure, it is subjected to a high overturning moment, combined with modest vertical and shear loads. Since the length and diameter of drilled piers are often governed by a maximum permissible deflection, many drilled piers being installed today are very conservatively designed. In this study, Nine prototype field-tests (1/8 scale) have been conducted in order to determine the vertical and lateral resistance of drilled pier foundation for single pole structures. These test results reveal the test piers behaved essentially as rigid bodies in soil (6D) and the center of rotation of the pier were typically 0.6~0.4 of the pier depth below ground surface. Test results also show the relationship between the applied load and the deflection at the top of the pier is highly nonlinear.
Ductile fracture prediction is critical for the reasonable damage extent assessment of ships and offshore structures subjected to accidental loads, such as ship collisions and groundings. A fracture model combining the Hosford-Coulomb ductile fracture model with the domain of solid-to-shell equivalence model (HC-SDDE), was used in fracture simulations based on shell elements for the punching fracture experiments of unstiffened and stiffened panels. The flow stress and ductile fracture characteristics of JIS G3131 SPHC steel were identified through tension tests for flat bar, notched tension bar, central hole tension bar, plane strain tension bar, and pure shear bar specimens. Punching fracture tests for unstiffened and stiffened panels are conducted to validate the presented HC-DSSE model. The calibrated fracture model is implemented in a user-defined material subroutine. The force-indentation curves and final damage extents obtained from the simulations are compared with experimental results. The HC-DSSE fracture model provides reasonable estimations in terms of force-indentation paths and residual damage extents.
The natural convection heat transfer and solidification in a stratified pool are studied. The flow and heat transfer characteristics in a heat generating pool are compared between single-layered and double-layered pools. And local Nusselt number distributions on outer walls are obtained to consider thermal loads on a vessel wall. The cooling and solidification of Al₂O₃/Fe melt in a hemispherical vessel are simulated to study the mechanism of heat transfer and temperature distribution. A unstructured mesh is chosen for this study because of the non-orthogonality originated from the boundaries of double-layered pool. Interface between the layers is modeled to be fixed. With this assumption mass flux across the interface is neglected, but shear force and heat flux are considered by boundary conditions. The colocated cell-centered finite volume method is used with the Rhie-Chow interpolation to compute cell face velocity. To prevent non-physical solutions near walls in case body force is large the wall pressure is extrapolated by the way to include body force. The numerical solutions calculated by current method show that averaged downward heat flux of the double-layered pool increases compared to single-layered pool and maximum temperature occurs right below the interface of the layers.
The skin friction of a pile foundation is important and essential for its design and analysis. More attention has been given to the softening behaviour of skin friction of a pile. In this study, to investigate the load-transfer mechanism in such a case, an analytical solution using a nonlinear softening model was derived. Subsequently, a load test on the pile was performed to verify the newly developed analytical solution. The comparison between the analytical solution and test results showed a good agreement in terms of the axial force of the pile and the stress-strain relationship of the pile-soil interface. The softening behaviour of the skin friction can be simulated well when the pile is subjected to large loads; however, such behaviour is generally ignored by most existing analytical solutions. Finally, the effects of the initial shear modulus and the ratio of the residual skin friction to peak skin friction on the load-settlement curve of a pile were investigated by a parametric analysis.
In the present contribution, fracture resistance of U-notched GPPS members under mixed mode I/III loading conditions is assessed by using the Averaged Strain Energy Density (ASED) criterion. This criterion has been founded based on the ASED parameter averaged over a well-defined control volume embracing the notch edge. The validation of the theoretical criterion predictions is evaluated through comparing with the results of a series of mixed mode I/III fracture tests conducted on rectangular-shaped GPPS specimens weakened by a single edge U-notch. A recently developed apparatus for mixed mode I/III fracture experiments is employed for measuring the fracture loads of the specimens. The test samples are fabricated with different notch tip radii with the aim of evaluating the influence of this major feature of the U-notched components on the mixed mode I/III fracture behavior. It is shown that the onset of brittle fracture in U-notched GPPS specimens under various combinations of tension and out-of-plane shear can well be predicted by means of the ASED criterion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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