An efficient and free of shear locking finite element model is developed and employed to study free vibration of tapered bidirectional functionally graded material (BFGM) beams. The beam material is assumed to be formed from four distinct constituent materials whose volume fraction continuously varies along the longitudinal and thickness directions by power-law functions. The finite element formulation based on the first-order shear deformation theory is derived by using hierarchical functions to interpolate the displacement field. In order to improve efficiency and accuracy of the formulation, the shear strain is constrained to constant and the exact variation of the cross-sectional profile is employed to compute the element stiffness and mass matrices. A comprehensive parametric study is carried out to highlight the influence of the material distribution, the taper and aspect ratios as well as the boundary conditions on the vibration characteristics. Numerical investigation reveals that the proposed model is efficient, and it is capable to evaluate the natural frequencies of BFGM beams by using a small number of the elements. It is also shown that the effect of the taper ratio on the fundamental frequency of the BFGM beams is significantly influenced by the boundary conditions. The present results are of benefit to optimum design of tapered FGM beam structures.
The finite element method based on the total Lagrangian description of the motion and the Hellinger-Reissner principle with independent strain is applied to investigate the nonlinear behavior and vibration characteristics for patched reinforced laminated spherical panels. The patched elements are formulated using variable thickness at arbitrary point on the reference plane. The cylindrical arc-length method is adopted to obtain a nonlinear solution. The post-buckled vibration is assumed to be small amplitude. The effect of patch in the spherical shell Panel is investigated on the nonlinear response and the fundamental vibration characteristics. The present results show that the load-carrying capability can be improved by reinforcing patch. The fundamental frequency of patched panel is lower than that of equivalent shell panel. However, the fundamental frequency of patched panel does not decrease greatly due to the increase of nonlinear geometrical stiffness under loading.
For the purpose of investigating the subjective symptom of industrial fatigue, a questionnaire survey was carried out on 282 labor workers and 189 managerial workers who were employed at the manufacture of electronic products in two small scale industries. Checklist of industrial fatigue was composed of physical symptoms(10 items), mental symptoms(10 items), and sensory neurotic symptoms(10 items). The results were as follows : 1. Complain rate of fatigue was the highest in "eye strain" of physical symptom, "feel anxious about things" of mental symptom, and "feel stiffness in the neck or the shoulders" of sensory neurotic symptom in labor workers and managerial workers. 2. Managerial workers demonstrated II dominant type (mental or night work type), while labor workers demonstrated I dominant type of fatigue (general type). 3. Mean weighted score of fatigue complaints in labor workers (23.16) was significantly higher than that in managerial workers (20.34). 4. Mean weighted scores of fatigue complaints in male, 5~9 years of work duration, married, 4~5 hours of sleeping time, graduation of high school and college, and large of workload were significantly higher in labor workers than in managerial workers. 5. In poor work condition with temperature, ventilation, illumination and noise, the average weighted score was significantly higher in labor workers than in managerial workers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1429-1437
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1992
A new finite element formulation based on the relaxation type hereditary integral is presented for a time-domain analysis of isotropic, linear viscoelastic problems. The semi-discrete variational approximation and elastic-viscoelastic correspondence principle are used in the theoretical development of the proposed method. In a time-stepping procedure of final, linear algebraic system equations, only a small additional computation for past history is required since the equivalent stiffness matrix is constant. The viscoelasticity matrices are derived and the stress computation algorithm is given in matrix form. The effect of time increment and Gauss point numbers on the numerical accuracy is examined. Two dimensional numerical examples of plane strain and plane stress are solved and compared with the analytical solutions to demonstrate the versatility and accuracy of the present method.
This study introduces a novel approach for locating damage in a structure using wireless sensor system with local level computational capability to alleviate data traffic load on the centralized computation. Smart wireless sensor systems, capable of iterative damage-searching, mimic an optimization process in a decentralized way. The proposed algorithm tries to detect damage in a structure by monitoring abnormal increases in strain measurements from a group of wireless sensors. Initially, this clustering technique provides a reasonably effective sensor placement within a structure. Sensor clustering also assigns a certain number of master sensors in each cluster so that they can constantly monitor the structural health of a structure. By adopting a voting system, a group of wireless sensors iteratively forages for a damage location as they can be activated as needed. Since all of the damage searching process occurs within a small group of wireless sensors, no global control or data traffic to a central system is required. Numerical simulation demonstrates that the newly developed searching algorithm implemented on wireless sensors successfully localizes stiffness damage in a plate through the local level reconfigurable function of smart sensors.
The use of calcium sulfoaluminate (CSA) cement as a rapid-hardening cement admixture or eco-friendly alternate for ordinary Portland cement (OPC) has been attempted over the years, but the cost of CSA cement and availability of suitable aluminium resource prevent its wide practical application. To propose an effective ground improvement design in sandy soil, this study aims at blending a certain percentage of CSA with OPC to find an optimum blend that would have fast-setting behavior with a lower carbon footprint than OPC without compromising the mechanical properties of the cemented sand. Compared to the 100% CSA case, initial speed of strength development of blended cement is relatively low as it is mixed with OPC. It is found that 80% OPC and 20% CSA blend has low initial strength but eventually produces equivalent ultimate strength (28 days curing) to that of CSA treated sand. The specific OPC-CSA blend (80:20) exhibits significantly higher strength gain than using pure OPC, thus allowing effective geotechnical designs for sustainable and controlled ground improvement. Further parametric studies were conducted for the blended cement under various curing conditions, cement contents, and curing times. Wet-cured cement treated sand had 33% lower strength than that of dry-cured samples, while the stiffness of wet-cured samples was 25% lower than that of dry-cured samples.
Kim, Sun-Woo;Yun, Hyun-Do;Song, Seon-Hwa;Yun, Yeo-Jin
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.3
s.55
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pp.209-216
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2009
Flexible frames on their own offer little resistance to lateral forces, resulting often in large deflections and rotations at the joints. On the other hand, walls subjected to lateral loads fail mainly in shear at relatively small displacements. Therefore, when the nonductile frames and wall act together, the combined action of the composite system differs significantly from that of the frame or wall alone. The objective of the study is to evaluate seismic response of infill walls with notched midsection. Reinforcement detail of wall was main variable in the experiment. Also SHCC was used in order to prevent damage concentration into notched midsection of walls. Test results, SHCC infill walls show the multiple crack patterns as expected. However, PIW-ND specimen exhibits less story drift, stiffness and energy dissipation capacity than those of PIW-NC specimen.
It is very improtant to evaluate the reliable nonlinear deformational characteristics of soils not only in the analysis of geotechnical structures under working stress conditions but also for the soil dynamic problems. Field testings such as crosshole and pressuremeter tests can be used to determine the modulus of soils under in-situ conditions, but it is not possible to determine the modulus over the entire strain amplitude range. Laboratory methods such as resonant column 1 torsional shear test can be used to determine the modulus over the whole strain amplitude range, but it is very difficult to obtain the representative undisturbed samples on the sixte. For the reliable evaluation of nonlinear deformation characteristics of soils on a typical site, small strain modulus obtained from field testy and nomalized modulus reduction curve determined by laboratory bests need to be combined. In this paper, laboratory and Held testy were performed at a sixte which consisted of granite wearthered residual boils to evaluate the nonlinear deformational characteristics of coils such as the effects of strain amplitude, loading frequency, confining pressure and sample disturbance. It has been shorn that when the effects of these factors are properly taken into account, the stiffness values evaluated by various field and labrotary tests are comparable to each other fairly well. Finally, the procedure to evaluate the nonlinear deformstional characteristics of the sixte was proposed.
Engineers should take great care of characterizing the engineering properties of mudrock, because the uncemented mudrock can be considered as a hard rock in appearance. Therefore, the mudrock samples obtained from the cut slope in Gyeongki-do were tested to evaluate the strength characteristics of uncemented mudrock in this study. The performed tests are index properties, slake durability, and swelling tests for the classification of the mudrock for engineering practice. To evaluate the effect of water on the engineering properties of the uncemented mudrock, resonant column, triaxial compression and direct shear tests with various water contents were performed. With the increasing water contents, stiffness at very small to small strain region and the cohesion value of the strength parameters decrease. Based on the test results, engineers should take great care of evaluating the engineering properties of uncemented mudrock.
Esfandiar, Habib;Korayem, Moharam H.;Haghpanahi, Mohammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.5
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pp.619-629
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2017
This paper focuses on the study of complete dynamic modeling and maximum dynamic load carrying capacity computation of N-flexible links and N-flexible joints mobile manipulator undergoing large deformation. Nonlinear dynamic analysis relies on the Timoshenko theory of beams. In order to model the system completely and precisely, structural and joint flexibility, nonlinear strain-displacement relationship, payload, and non-holonomic constraints will be considered to. A finite element solution method based on mixed method is applied to model the shear deformation. This procedure is considerably more involved than displacement based element and shear deformation can be readily included without inducing the shear locking in the element. Another goal of this paper is to present a computational procedure for determination of the maximum dynamic load of geometrically nonlinear manipulators with structural and joint flexibility. An effective measure named as Moment-Height Stability (MHS) measure is applied to consider the dynamic stability of a wheeled mobile manipulator. Simulations are performed for mobile base manipulator with two flexible links and joints. The results represent that dynamic stability constraint is sensitive when calculating the maximum carrying load. Furthermore, by changing the trajectory of end effector, allowable load also changes. The effect of torsional spring parameter on the joint deformation is investigated in a parametric sensitivity study. The findings show that, by the increase of torsional stiffness, the behavior of system approaches to a system with rigid joints and allowable load of robot is also enhanced. A comparison is also made between the results obtained from small and large deformation models. Fluctuation range in obtained figures for angular displacement of links and end effector path is bigger for large deformation model. Experimental results are also provided to validate the theoretical model and these have good agreement with the simulated results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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