This paper presents the dynamic stability study of laminated composite plates with different force combinations and aspect ratios. Optimum non-diverging stacking is obtained for certain loading combination and aspect ratio. In addition, the stability force is maximized for a definite operating frequency. A dynamic version of the principle of virtual work for laminated composites is used to obtain force-frequency relation. Since dynamic stiffness governs the divergence or flutter, an efficient optimization method is necessary for the response functional and the relevant constraints. In this way, a model based on the ant colony optimization (ACO) algorithm is proposed to search for the proper stacking. The ACO algorithm is used since it treats with large number of dynamic stability parameters. Governing equations are formulated using classic laminate theory (CLT) and von-Karman plate technique. Load-frequency relations are explicitly obtained for fundamental and secondary flutter modes of simply supported composite plate with arbitrary aspect ratio, stacking and boundary load, which are used in optimization process. Obtained results are compared with the finite element method results for validity and accuracy convince. Results revealed that the optimum stacking with stable dynamic response and maximum critical load is in angle-ply mode with almost near-unidirectional fiber orientations for fundamental flutter mode. In addition, short plates behave better than long plates in combined axial-shear load case regarding stable oscillation. The interaction of uniaxial and shear forces intensifies the instability in long plates than short ones which needs low-angle layup orientations to provide required dynamic stiffness. However, a combination of angle-ply and cross-ply stacking with a near-square aspect ratio is appropriate for the composite plate regarding secondary flutter mode.
In order to develop a new adsorbent for removal of formaldehyde from aqueous solution, surface modification of TiO2 nanoparticles was performed with 2,4-Dinitrophenylhydrazine (DNPH) that have a strong affinity to the formaldehyde. Sodium dodecyl sulfate (SDS) surfactant was used to improve the DNPH grafting to TiO2 surface. Modified adsorbents were characterized by SEM, TEM, XRD, EDX and FTIR. Since the COD level in wastewaters including formaldehyde is considerable, it is necessary to determine the COD content of the synthetic wastewater. In order to determine the optimal removal conditions, the effect of contact time (60-210 min), pH (4-10) and adsorbent dosage (0.5-1.5 g/L) on adsorption and COD removal efficiencies were studied, using response surface method. EDX and FTIR analysis confirmed the presence of nitrogen-containing functional groups on the modified TiO2 surface. The maximum formaldehyde adsorption and COD removal efficiencies by modified TiO2 were about 15.65 and 7.35% higher than the unmodified nanoparticles respectively. Therefore, the grafting of nano-TiO2 with DNPH would greatly improve its formaldehyde adsorption efficiency. The optimum conditions determined for a maximum formaldehyde removal of 99.904% and a COD reduction of 94.815% by TiO2/SDS/DNPH nanocomposites were: adsorbent dosage 1.100 g/L, pH 7.424 and the contact time 183.290 min.
In this study, the feasibility of using telecommunication single-mode optical fiber (SMF) as a distributed fiber optic strain and crack sensor was evaluated in concrete pavement monitoring. Tensile tests on various sensors indicated that the $SMF-28e^+$ fiber revealed linear elastic behavior to rupture at approximately 26 N load and 2.6% strain. Six full-scale concrete panels were prepared and tested under truck and three-point loads to quantify the performance of sensors with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BOTDA). The sensors were protected by precast mortar from brutal action during concrete casting. Once air-cured for 2 hours after initial setting, half a mortar cylinder of 12 mm in diameter ensured that the protected sensors remained functional during and after concrete casting. The strains measured from PPP-BOTDA with a sensitivity coefficient of $5.43{\times}10^{-5}GHz/{\mu}{\varepsilon}$ were validated locally by commercial fiber Bragg grating (FBG) sensors. Unlike the point FBG sensors, the distributed PPP-BOTDA sensors can be utilized to effectively locate multiple cracks. Depending on their layout, the distributed sensors can provide one- or two-dimensional strain fields in pavement panels. The width of both micro and major cracks can be linearly related to the peak strain directly measured with the distributed fiber optic sensor.
Wang, Qian;Kim, Min-Koo;Sohn, Hoon;Cheng, Jack C.P.
Smart Structures and Systems
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제18권3호
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pp.601-623
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2016
Precast concrete elements are widely used in the construction of buildings and civil infrastructures as they provide higher construction quality and requires less construction time. However, any abnormalities in precast concrete surfaces such as non-flatness or distortion, can influence the erection of the elements as well as the functional performance of the connections between elements. Thus, it is important to undertake surface flatness and distortion inspection (SFDI) on precast concrete elements before their delivery to the construction sites. The traditional methods of SFDI which are conducted manually or by contact-type devices are, however, time-consuming, labor-intensive and error-prone. To tackle these problems, this study proposes techniques for SFDI of precast concrete elements using laser scanning technology. The proposed techniques estimate the $F_F$ number to evaluate the surface flatness, and estimate three different measurements, warping, bowing, and differential elevation between adjacent elements, to evaluate the surface distortion. The proposed techniques were validated by experiments on four small scale test specimens manufactured by a 3D printer. The measured surface flatness and distortion from the laser scanned data were compared to the actual ones, which were obtained from the designed surface geometries of the specimens. The validation experiments show that the proposed techniques can evaluate the surface flatness and distortion effectively and accurately. Furthermore, scanning experiments on two actual precast concrete bridge deck panels were conducted and the proposed techniques were successfully applied to the scanned data of the panels.
Kortsmit, Jeroen;Davies, Neil H.;Miller, Renee;Zilla, Peter;Franz, Thomas
Advances in biomechanics and applications
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제1권1호
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pp.41-55
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2014
Acellular intra-myocardial biomaterial injections have been shown to be therapeutically beneficial in inhibiting ventricular remodelling of myocardial infarction (MI). Based on a biventricular canine cardiac geometry, various finite element models were developed that comprised an ischemic (II) or scarred infarct (SDI) in left ventricular (LV) antero-apical region, without and with intra-myocardial biomaterial injectate in layered (L) and bulk (B) distribution. Changes in myocardial properties and LV geometry were implemented corresponding to infarct stage (tissue softening vs. stiffening, infarct thinning, and cavity dilation) and injectate (infarct thickening). The layered and bulk injectate increased ejection fraction of the infarcted LV by 77% (II+L) and 25% (II+B) at the ischemic stage and by 61% (SDI+L) and 63% (SDI+B) at the remodelling stage. The injectates decreased the mean end-systolic myofibre stress in the infarct by 99% (II+L), 97% (II+B), 70% (SDI+L) and 36% (SDI+B). The bulk injectate was slightly more effective in improving LV function at the remodelling stage whereas the layered injectate was superior in functional improvement at ischemic stage and in reduction of wall stress at ischemic and remodelling stage. These findings may stimulate and guide further research towards tailoring acellular biomaterial injectate therapies for MI.
To investigate surface properties and interception performances of the new modified PVDF membrane coated with Graphene Oxide (GO) and nano-$TiO_2$ (for short the modified membrane) via the interface polymerization method combined with the pumping suction filtration way, filtration experiments of the modified membrane on Humic Acid (HA) were conducted. Results showed that the contact angle (characterizing the hydrophilicity) of the modified membrane decreased from $80.6{\pm}1.8^{\circ}$ to $38.6{\pm}1.2^{\circ}$. The F element of PVDF membrane surface decreased from 60.91% to 17.79% after covered with GO and $TiO_2$. O/C element mass ratio has a fivefold increase, the percentage of O element on the modified membrane surface increased from 3.83 wt% to 20.87%. The modified membrane surface was packed with hydrophilic polar groups (like -COOH, -OH, C-O, C=O, N-H) and a functional hydrophilic GO-polyamide-$TiO_2$ composite configuration. This configuration provided a rigid network structure for the firm attachment of GO and $TiO_2$ on the surface of the membrane and for a higher flux as well. The total flux attenuation rate of the modified membrane decreased to 35.6% while 51.2% for the original one. The irreversible attenuation rate has dropped 71%. The static interception amount of HA on the modified membrane was $158.6mg/m^2$, a half of that of the original one ($295.0mg/m^2$). The flux recovery rate was increased by 50%. The interception rate of the modified membrane on HA increased by 12% approximately and its filtration cycle was 2-3 times of that of the original membrane.
Recent researches demonstrated well promising anticancer activities for antibiotics. Such effects would be significantly increased while nanoparticle based delivery systems were applied. In this study, the goal was aim to improve anticancer and antitoxic effects of Streptomycin by loading on special kind of dendrimer (anionic-linear-globular second generation). In the current study, Size and zeta potential as well as AFM techniques have been used to prove the fact that the loading was performed correctly. The Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) of the drug loaded on dendrimer nanoparticle were determined and compared with both of dendrimer alone and free drug with respect to staphylococcus aureus as the test microorganism. The anticancer activity among three groups including Streptomycin, Streptomycin -G2 dendrimer, and control was measured in vitro. In vitro studies showed that G2 anionic linear-globular polyethylene-glycol-based dendrimer, which loaded on Streptomycin was able to significantly improve the treatment efficacy over clinical Streptomycin alone with respect to proliferation assay. Maximal inhibitory concentration (IC50) was calculated to be $257{\mu}g/mL$ for streptomycin alone and $55{\mu}g/mL$ for Streptomycin -G2 dendrimer. In addition, Streptomycin -G2 dendrimer conjugate prevented the growth of MCF-7 cancerous cells in addition to enhance the number of apoptotic and necrotic cells as demonstrated by an annexin V-fluorescein isothiocyanate assay. Streptomycin -G2 dendrimer conjugate was able to increase Bcl-2/Bax ratio in a large scale compared with the control group and Streptomycin alone. Based on results a new drug formulation based nano-particulate was improved against S. aureus with sustained release and enhanced antibacterial activity as well as anticancer activity shown for functional cancer treatment with low side effects.
In this paper, a new application of a four variable refined plate theory to analyze the nonlinear bending of functionally graded plates exposed to thermo-mechanical loadings, is presented. This recent theory is based on the assumption that the transverse displacements consist of bending and shear components in which the bending components do not contribute toward shear forces, and similarly, the shear components do not contribute toward bending moments. The derived transverse shear strains has a quadratic variation across the thickness that satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factors. The material properties are assumed to vary continuously through the thickness of the plate according to a power-law distribution of the volume fraction of the constituents. The solutions are achieved by minimizing the total potential energy. The non-linear strain-displacement relations in the von Karman sense are used to derive the effect of geometric non-linearity. It is concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the nonlinear bending behavior of functionally graded plates.
In this article, wave propagation in functional gradation plates (FG) resting on an elastic foundation with two parameters is studied using a new quasi-three-dimensional (3D) higher shear deformation theory (HSDT). The new qausi-3D HSOT has only five variables in fields displacement, which means has few numbers of unknowns compared with others quasi-3D. This higher shear deformation theory (HSDT) includes shear deformation and effect stretching with satisfying the boundary conditions of zero traction on the surfaces of the FG plate without the need for shear correction factors. The FG plates are considered to rest on the Winkler layer, which is interconnected with a Pasternak shear layer. The properties of the material graded for the plates are supposed to vary smoothly, with the power and the exponential law, in the z-direction. By based on Hamilton's principle, we derive the governing equations of FG plates resting on an elastic foundation, which are then solved analytically to obtain the dispersion relations. Numerical results are presented in the form of graphs and tables to demonstrate the effectiveness of the current quasi-3D theory and to analyze the effect of the elastic foundation on wave propagation in FG plates.
The safety problems of giant hydraulic structures such as dams caused by terrorist attacks, earthquakes, and wars often have an important impact on a country's economy and people's livelihood. For the national defense department, timely and effective assessment of damage to or impending damage to dams and other structures is an important issue related to the safety of people's lives and property. In the field of damage assessment and vulnerability analysis, it is usually necessary to give the damage assessment results within a few minutes to determine the physical damage (crack length, crater size, etc.) and functional damage (decreased power generation capacity, dam stability descent, etc.), so that other defense and security departments can take corresponding measures to control potential other hazards. Although traditional numerical calculation methods can accurately calculate the crack length and crater size under certain combat conditions, it usually takes a long time and is not suitable for rapid damage assessment. In order to solve similar problems, this article combines simulation calculation methods with machine learning technology interdisciplinary. First, the common concrete gravity dam shape was selected as the simulation calculation object, and XFEM (Extended Finite Element Method) was used to simulate and calculate 19 cracks with different initial positions. Then, an LSTM (Long-Short Term Memory) machine learning model was established. 15 crack paths were selected as the training set and others were set for test. At last, the LSTM model was trained by the training set, and the prediction results on the crack path were compared with the test set. The results show that this method can be used to predict the crack propagation path rapidly and accurately. In general, this article explores the application of machine learning related technologies in the field of mechanics. It has broad application prospects in the fields of damage assessment and vulnerability analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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