The free longitudinal vibration of a circular truncated nanocone is investigated based on the nonlocal elasticity theory. Exact analytical formulations for tapered nanostructures are derived and the nonlinear differential governing equation of motion is developed. The nonlocal small scale effect unavailable in classical continuum theory is addressed to reveal the long-range interaction of atoms implicated in nonlocal constitutive relation. Unlike most previous studies applying the truncation method to the infinite higher-order differential equation, this paper aims to consider all higher-order terms to show the overall nonlocality. The explicit solution of nonlocal stress for longitudinal deformation is determined and it is an infinite series incorporating the classical stress derived in classical mechanics of materials and the infinite higher-order derivative of longitudinal displacement. Subsequently, the first three modes natural frequencies are calculated numerically and the significant effects of nonlocal small scale and vertex angle on natural frequencies are examined. The coupling phenomenon of natural frequency is observed and it is induced by the combined effects of nonlocal small scale and vertex angle. The critical value of nonlocal small scale is defined, and after that a new proposal for determining the range of nonlocal small scale is put forward since the principle of choosing the nonlocal small scale is still unclear at present. Additionally, two different types of nonlocal effects, namely the nonlocal stiffness weakening and strengthening, reversed phenomena existing in nanostructures are observed and verified. Hence the opposite nonlocal effects are resolved again clearly. The nano-engineers dealing with a circular truncated nanocone-based sensors and oscillators may benefit from the present work.
Large spatial structures can not easily predict the dynamic behavior due to the lack of construction and design practices. The spatial structures are generally analyzed through the numerical simulation and experimental test in order to investigate the seismic response of large spatial structures. In the case of analysis for seismic response of large spatial structure, the many studies by the numerical analysis was carried out, researches by the shaking table test are very rare. In this study, a shaking table test of a small-scale arch structure was conducted and the dynamic characteristics of arch structure are analyzed. And the dynamic characteristics of arch structures are investigated according to the various column cross-section and length. It is found that the natural vibration periods of the small-scaled arch structure that have large column stiffness are very similar to the natural vibration period of the non-column arch structure. And in case of arch structure with large column stiffness, primary natural frequency period by numerical analysis is very similar to the primary natural frequency period of by shaking table test. These are because the dynamic characteristics of the roof structure are affected by the column stiffness of the spatial structure.
Rahmani, Omid;Deyhim, Soroush;Hosseini, S. Amir Hossein
Steel and Composite Structures
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제27권3호
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pp.371-388
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2018
In this paper, a new model based on nonlocal high order theory is proposed to study the size effect on the bending of nano-sandwich beams with a compliance core. In this model, in contrast to most of the available sandwich theories, no prior assumptions are made with respect to the displacement field in the core. Herein the displacement and the stress fields of the core are obtained through an elasticity solution. Equations of motion and boundary conditions for nano-sandwich beam are derived by using Hamilton's principle and an analytical solution is presented for simply supported nano-sandwich beam. The results are validated with previous studies in the literature. These results can be utilized in the study of nano-sensors and nano-actuators. The effect of nonlocal parameter, Young's modulus of the core and aspect ratio on the deflection of the nano-sandwich beam is investigated. It is concluded that by including the small-scale effects, the deflection of the skins is increased and by increasing the nonlocal parameter, the influence of small-scale effects on the deflections is increased.
The small-scale models have been utilized for the prediction of inelastic behavior of reinforced concrete structures for several decades. The parameters that affect the similitude between the model and prototype are various. Among them, the effect of bond between the model reinforcement and the model concrete is one of the most important factors. The study reported herein is addressed to verifying this similitude in bond behavior. The simple beams which have the lap splice at the midspan were made and flexural tests were performed under two-point loading. The length of lap splice are varied from 0.4ld through 0.7ld and up to 1.0ld where ld is the development length of the reinforcement. The selected scales are 1/1, 1/5, 1/10 and 1/12. Two prototype specimens and three models were tested in addition to the associated material tests and the test results are compared from the viewpoint of similitude.
본 연구에서는 파랑하중에 의해 부유구조체 하면에서 발생하는 파압 현상을 규명하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 서로 다른 측면 형상과 하면 형상을 갖는 4개의 폰툰형 시험체를 제작하여 5 종류 파랑하중에 대한 수리모형실험을 실시하였다. 시험체의 하면에는 6개의 파압센서를 설치하였으며, 수리모형실험 동안 시험체 하면에 작용하는 파압을 측정하였다. 측정된 파압을 분석한 결과, 와플형의 하면 형상은 부유구조체 하면에 작용하는 파압에 거의 영향을 미치지 않으며, 하이브리드형의 측면 형상은 파압에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이것은 하이브리드형의 측면에 형성된 에어갭(Airgap)이 부유구조체에 작용하는 파랑의 충격 에너지를 일부 흡수하여 파압을 저감시키는데 기여하는 것으로 판단된다. 기존의 상자형 폰툰과 비교하였을 때 하이브리드형의 파압은 선수부에서 약 83%, 중간부에서 약 74% 및 선미부에서 약 53% 수준인 것으로 나타났다.
Experimental testing has been considered as one of the most straightforward approaches to realize the structural behavior for earthquake engineering studies. Recently, novel and advanced experimental techniques, which combine numerical simulation with experimental testing, have been developed and applied to structural testing practically. However, researchers have to take the risk of damaging specimens or facilities during the process of developing and validating new experimental methods. In view of this, a small-scale structural laboratory has been designed and constructed in order to verify the effectiveness of newly developed experimental technique before it is applied to large-scale testing for safety concerns in this paper. Two orthogonal steel reaction walls and one steel T-slotted reaction floor are designed and analyzed. Accordingly, a large variety of experimental setups can be completed by installing servo-hydraulic actuators and fixtures depending on different research purposes. Meanwhile, a state-of-the-art digital controller and multiple real-time computation machines are allocated. The integration of hardware and software interfaces provides the feasibility and flexibility of developing novel experimental methods that used to be difficult to complete in conventional structural laboratories. A simple experimental demonstration is presented which utilizes part of the hardware and software in the small-scale structural laboratory. Finally, experimental layouts of future potential development and application are addressed and discussed, providing the practitioners with valuable reference for experimental earthquake engineering.
In this paper, an asymptotic two-scale method is developed for solving vibration problem of long periodic structures. Such eigenmodes appear as a slow modulations of a periodic one. For those, the present method splits the vibration problem into two small problems at each order. The first one is a periodic problem and is posed on a few basic cells. The second is an amplitude equation to be satisfied by the envelope of the eigenmode. In this way, one can avoid the discretisation of the whole structure. Applying the Floquet method, the boundary conditions of the global problem are determined for any order of the asymptotic expansions.
Thermoelectric is a key technology for energy harvesting and solid-state cooling by direct thermal-to-electric energy conversion (or vice versa); however, the relatively low efficiency has limited thermoelectric systems to niche applications such as space power generation and small-scale or high-density cooling. To expand into larger scale power generation and cooling applications such as ATEG (automotive thermoelectric generators) and HVAC (heating, ventilation, and air conditioning), high-performance bulk thermoelectric materials and their low-cost processing are essential prerequisites. Recently, the performance of commercial thermoelectric materials including $Bi_2Te_3$-, PbTe-, skutterudite-, and half-Heusler-based compounds has been significantly improved through non-equilibrium processing technologies for defect engineering. This review summarizes material design approaches for the formation of multi-dimensional and multi-scale defect structures that can be used to manipulate both the electronic and thermal transport properties, and our recent progress in the synthesis of conventional thermoelectric materials with defect structures is described.
Aly, Aly Mousaad;Fossati, Fabio;Muggiasca, Sara;Argentini, Tommaso;Bitsuamlak, Girma;Franchi, Alberto;Longarini, Nicola;Crespi, Pietro;Chowdhury, Arindam Gan
Wind and Structures
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제17권1호
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pp.69-85
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2013
With the sustainability movement, vegetated building envelopes are gaining more popularity. This requires special wind effect investigations, both from sustainability and resiliency perspectives. The current paper focuses on wind load estimation on small- and full-scale trees used as part of green roofs and balconies. Small-scale wind load assessment was carried out using a wind tunnel testing in a global-effect study to understand the interference effects from surrounding structures. Full-scale trees were investigated at a large open-jet facility in a local-effect study to account for the wind-tree interaction. The effect of Reynolds number combined with shape change on the overall loads measured at the base of the trees (near the roots) has been investigated by testing at different model-scales and wind speeds. In addition, high-speed tests were conducted to examine the security of the trees in soil and to assess the effectiveness of a proposed structural mitigation system. Results of the current research show that at relatively high wind speeds the load coefficients tend to be reduced, limiting the wind loads on trees. No resonance or vortex shedding was visually observed.
실험장비의 용량 제약, 경제적인 이유 등으로 지진하중에 대한 구조물의 동적 거동을 연구할 경우, 보편적으로 축소모형이 많이 적용되고 있다. 그러나 구조물의 지진응답은 비탄성 거동을 나타내기 때문에 거동예측이 복잡함에도 불구하고, 축소모형의 지진실험 결과로부터 원형구조물의 지진응답을 유추하기 위한 상사법칙의 연구는 미비한 실정이다. RC구조물의 축소모형 제작 시 상사율이 커지면 상대적으로 부가질량이 증가하며, 또한 굵은 골재 크기의 영향으로 원형구조물과 축소모형의 제작에 동일한 재료를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 따라서 동일한 재료를 사용하지 않을 경우, 상사법칙은 기하학적인 상사율과 재료적인 등가탄성계수비에 의존하게 된다. 본 연구에서는 원형구조물과 축소모형에 각각 적용되는 normal-concrete와 micro-concrete의 재료 비선형성을 파악하기 위해 압축강도시험을 수행하여, 재료의 거동구간을 등가의 다단계로 나누어 등가탄성계수비를 적용시킴으로써 지진손상의 정도를 고려할 수 있는 Equivalent multi-phase similitude law를 유도하였다. 이러한 상사법칙을 적용한 유사동적실험 알고리즘을 구축하여 수치해석적인 검증을 수행하여 유사동적실험의 적용성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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