In applications such as MEMS and NEMS devices, the adhesion force and contact load may be of the same order of magnitude and the static friction coefficient can be very large. Such large coefficient may result in unacceptable and possibly catastrophic adhesion, stiction, friction and wear. To obtain the static friction coefficient of contacting real surfaces without the assumption of an empirical coefficient value, numerical simulations of the contact load, tangential force, and adhesion force are preformed. The surfaces in dry contact are statistically modeled by a collection of spherical asperities with Gaussian height distribution. The asperity micro-contact model utilized in calculation (the ZMC model), considers the transition from elastic deformation to fully plastic flow of the contacting asperity. The force approach of the modified DMT model using the Lennard-Jones attractive potential is applied to characterize the intermolecular forces. The effect of the surface topography on the static friction coefficient is investigated for cases rough, intermediate, smooth, and very smooth, respectively. Results of the static friction coefficient versus the external force are presented for a wide range of plasticity index and surface energy, respectively. Compared with those obtained by the GW and CEB models, the ZMC model is more complete in calculating the static friction coefficient of rough surfaces.
The relationship between the P wave velocity, static elastic modulus, and dynamic elastic modulus of different rock types was investigated to identify the distributive characteristics of the dynamic elastic modulus. Laboratory and in situ test results from 1,646 rock specimens, which are obtained for design and construction of structure, were analyzed, and grouped into three key rock types: gneiss, granite, and sandstone. These relationships were verified by comparing them with the results from previous studies. The gneiss samples exhibit a linear P wave velocity-static elastic modulus relationship, whereas the granite and sandstone samples exhibit exponential relationships. Their coefficient of determination ($R^2$) values are all in the 0.491-0.642 range, and are similar to those obtained in previous studies. The relationship between the static and dynamic elastic modulus exhibits a linear relationship for all rock types, yielding a coefficient of determination in the 0.543-0.676 range. The relationship between the P wave velocity and static elastic modulus follows an exponential regression for all rock types, with a high coefficient of determination that is in the 0.875-0.940 range.
This article discusses the dynamic response of Bernoulli-Euler straight beam with angular elastic supports subjected to moving load with variable velocity. A new engineering approach for determination of the dynamic effect from the moving load on the stressed and strained state of the beam has been developed. A dynamic coefficient, a ratio of the dynamic to the static deflection of the beam, has been defined on the base of an infinite geometrical absolutely summable series. Generalization of the R. Willis' equation has been carried out: generalized boundary conditions have been introduced; the generalized elastic curve's equation on the base of infinite trigonometric series method has been obtained; the forces of inertia from normal and Coriolis accelerations and reduced beam mass have been taken into account. The influence of the boundary conditions and kinematic characteristics of the moving load on the dynamic coefficient has been investigated. As a result, the dynamic stressed and strained state has been obtained as a multiplication of the static one with the dynamic coefficient. The developed approach has been compared with a finite element one for a concrete engineering case and thus its authenticity has been proved.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.11a
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pp.193-200
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2000
Numerical analysis of slope stability is presented using slice method, static seismic analysis methods, and earthquake response analysis methods. Static seismic force is considered as 0.2g while vertical static seismic force is not considered in analysis. For earthquake response analysis, Hachinohe-wave is applied. Safety factor calculated using slice method for failure surface. Calculating methods are Bishop's method and Janhu's method. Static seismic analysis was applied using Mhor-Coulomb model and earthquake response analysis was applied using non-linear elastic model.
Amr E. Assie;Salwa A. Mohamed;Alaa A. Abdelrahman;Mohamed A. Eltaher
Steel and Composite Structures
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v.48
no.2
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pp.113-130
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2023
The present manuscript aims to investigate the deviation between the middle surface (MS) and neutral surface (NS) formulations on the static response of bi-directionally functionally graded (BDFG) porous plate. The higher order shear deformation plate theory with a four variable is exploited to define the displacement field of BDFG plate. The displacement field variables based on both NS and on MS are presented in detail. These relations tend to get and derive a new set of boundary conditions (BCs). The porosity distribution is portrayed by cosine function including three different configurations, center, bottom, and top distributions. The elastic foundation including shear and normal stiffnesses by Winkler-Pasternak model is included. The equilibrium equations based on MS and NS are derived by using Hamilton's principles and expressed by variable coefficient partial differential equations. The numerical differential quadrature method (DQM) is adopted to solve the derived partial differential equations with variable coefficient. Rigidities coefficients and stress resultants for both MS and NS formulations are derived. The mathematical formulation is proved with previous published work. Additional numerical and parametric results are developed to present the influences of modified boundary conditions, NS and MS formulations, gradation parameters, elastic foundations coefficients, porosity type and porosity coefficient on the static response of BDFG porous plate. The following model can be used in design and analysis of BDFG structure used in aerospace, vehicle, dental, bio-structure, civil and nuclear structures.
This study presents the static and dynamic actuating performances of a bending piezoelectric actuator with a thin sandwiched PZT plate under a static load. The stored elastic energy within the actuators which occurs during a curing process is obtained through a flexural bending test. An actuating performance is evaluated in terms of an actuating displacement at the simply supported condition. The results reveal that an actuator that consists of a top layer having a high elastic modulus and a low coefficient of thermal expansion exhibits a better performance than the rest of actuators due to the formation of the large stored elastic energy within the actuator system. When actuators are excited at the alternating current voltage, the effect of PZT ceramic softening results in a slight reduction in the resonance frequency of each actuator as the applied electric field increases. It is thus suggested that the static and dynamic actuating characteristics of bending piezoelectric actuators with a thin sandwiched PZT plate should be simultaneously considered in controlling their performances.
In this paper, the anti-plane transient response of a central crack normal to the interface between a piezoelectric ceramics and two same elastic materials is considered. The assumed crack surfaces are permeable. By virtue of integral transform methods, the electro elastic mixed boundary problems are formulated as two set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind in the Laplace transform domain. Time domain solutions are obtained by inverting Laplace domain solutions using a numerical scheme. Numerical values on the quasi-static stress intensity factor and the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
This paper describes the development of performance analysis technique for a leaf-type gas lubricated fail bearing. Stiffness coefficient and frictional damping due to the slip between all contacts of leaves are evaluated for various leaf structures. The fluid film thickness and pressure distribution are computed but it is not considered the elastic deformation by film pressure. The analysis results include the effects that the curvature radius and the length of leaf and the friction coefficient have on the static and dynamic characteristics of the foil bearings.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.543-546
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2000
Static and dynamic experiments were done to study on the restitution behaviors of strings. The elastic and viscoelastic model were compared. To apply a linear viscoelastic model (Kelvin model) to longitudinal behaviors of strings, static and dynamic tensile tests were done. Using their results, it should be intended to acquire damped stress (Stress related to velocity), and to calculate the viscoelastic coefficient. Fixing both ends, string was pushed by the loadcell attached to the tensile tester. The experimental results were in accordance with the calculated results using the Kelvin model acquired from the results of longitudinal tensile test. But the results of falling mass experiments, the behaviors of strings were near to elastic model. The clamping condition of strings in both sides has an effected on the value of COR. The smaller contact area, the grower the value of COR.
In the paper, a fractional derivative Kelvin-Voigt model describing the dynamic behavior of a special class of fluid viscous dampers, is presented. First of all, in order to verify their mechanical properties, two devices were tested the former behaving as a pure damper (PD device), whereas the latter as an elastic-damping device (ED device). For both, quasi-static and dynamic tests were carried out under imposed displacement control. Secondarily, in order to describe their cyclical behavior, a model composed by an elastic and a damping element connected in parallel was defined. The elastic force was assumed as a linear function of the displacement whereas the damping one was expressed by a fractional derivative of the displacement. By setting an appropriate numerical algorithm, the model parameters (fractional derivative order, damping coefficient and elastic stiffness) were identified by experimental results. The estimated values allowed to outline the main parameter properties on which depend both the elastic as well as the damping behavior of the considered devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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