This paper presents a designing method for enhancing fire resistance of steel box bridge girders (closed steel box bridge girder supporting a thin concrete slab) through taking into account such parameters namely; fire severity, type of longitudinal stiffeners (I, L, and T shaped), and number of longitudinal stiffeners. A validated 3-D finite element model, developed through the computer program ANSYS, is utilized to go over the fire response of a typical steel box bridge girder using the transient thermo-structural analysis method. Results from the numerical analysis show that fire severity and type of longitudinal stiffeners welded on bottom flange have significant influence on fire resistance of steel box bridge girders. T shaped longitudinal stiffeners applied on bottom flange can highly prevent collapse of steel box bridge girders towards the end of fire exposure. Increase of longitudinal stiffeners on bottom flange and web can slightly enhance fire resistance of steel box bridge girders. Rate of deflection-based criterion can be reliable to evaluate fire resistance of steel box bridge girders in most fire exposure cases. Thus, T shaped longitudinal stiffeners on bottom flange incorporated into bridge fire-resistance design can significantly enhance fire resistance of steel box bridge girders.
This paper presents a numerical method for evaluating fire performance of prestressed concrete (PC) T shaped bridge girders under combined effect of structural loading and hydrocarbon fire exposure conditions. A numerical model, developed using the computer program ANSYS, is employed to investigate fire response of PC T shaped bridge girders by taking into consideration structural inherent parameters, namely; arrangement of prestressing strands with in the girder section, thickness of concrete cover over prestressing strands, effective degree of prestress and content of prestressing strands. Then, a sequential thermo-mechanical analysis is performed to predict cross sectional temperature followed by mechanical response of T shaped bridge girders. The validity of the numerical model is established by comparing temperatures, deflections and failure time generated from fire tests. Through numerical studies, it is shown that thickness of concrete cover and arrangement of prestressing strands in girder section have significant influence on the fire resistance of PC T shaped bridge girders. Increase in effective degree of prestress in strands with triangular shaped layout and content in prestressing strands can slow down the progression of deflections in PC T shaped bridge girder towards the final stages of fire exposure, to thereby preventing sudden collapse of the girder. Rate of deflection based failure criterion governs failure in PC T shaped bridge girders under most hydrocarbon fire exposure conditions. Structural inherent parameters incorporated into sectional configuration can significantly enhance fire resistance of PC bridge girders; thus mitigating fire induced collapse of these bridge girders.
Semiconductor chip is bonded to the substrate by melting solder bumps. In general, the chip bonding is applied by a Reflow process or a Thermo-Compression(TC) bonding process. In this paper, we introduce a Laser Assisted Thermo-Compression bonding (LATCB) process to improve the anxiety of the existing process(Reflow, TC bonding). In the LATCB process, the chip is bonded to the substrate by irradiating a laser with a uniform energy density in the same area as the chip to melt only the solder bumps and press the chip with a Transparent Compression Module (TCM). The TCM consists of a fused silica header for penetrating the laser and pressurizing the chip, and a piezoelectric actuator (P.A.) coupled to both ends of the header for micro displacement control of the header. In addition, TCM is a structure that can pressurize the chip and deliver it to the chip and solder bumps without losing the energy of the laser. Fused silica, which is brittle, is vulnerable to deformation, so the header may be damaged when an external force is applied for pressurization or a displacement differenced is caused by piezoelectric actuators at both ends. On the other hand, in order to avoid interference between the header and the adjacent chip when pressing the chip using the TCM, the header has a notch at the bottom, and breakage due to stress concentration of the notch is expected. In this study, the thickness and notch length that the header does not break when the external force (500 N) is applied to both ends of the header are optimized using structural analysis and Coulomb-Mohr failure theory. In addition, the maximum displacement difference of the P.A.s at both ends where no break occurred in the header was derived. As a result, the thickness of the header is 11 mm, and the maximum displacement difference between both ends is 8 um.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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제44권1호
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pp.80-87
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2016
In this work, we conduct a thermal pointing error analysis of the observation satellites considering seasonal and daily temperature variation with interpolated temperature based on prescribed average temperature (PAT) method. Maximum 200 degree temperature excursion is applied to the observation satellites during on-orbit operation, which cause the line of sight (LOS) to deviate from the designated pointing direction due to thermo-elastic deformation. To predict and adjust such deviation, the thermo-elastic deformation analysis with a fine structural finite element model is accomplished with interpolated thermal maps calculated from the results of on-station thermal analysis with a coarse thermal model. After verifying the interpolated temperatures by PAT with two benchmark problems, we evaluate the thermal pointing error.
This paper presents results and observations obtained from a study of the optical and thermal properties of alkali tellurite depending on the composition. Fourier transform infrared (FT-IR) spectra showed evidence of chemical modification from $TeO_4$ trigonal bipyramids (tbp) to $TeO_3$ trigonal pyramids (tp) in tellurite glasses. The optical band gaps of the different glass samples calculated using Tauc's method were found to range from 3.5-3.8 eV. The glass transition temperature (Tg) and glass stability (${\Delta}T$) of alkali tellurite glasses were investigated, as $M_2O$ [M: Li, Na, K] amounted to 25 mol%, through the use of differential thermal analysis (DTA). The coefficient of thermal expansion (CTE) was measured in a thermo mechanical analysis (TMA) with a slow heating rate after the glass samples were annealed. The results confirm that the optical band gap of alkali tellurite glasses depends on the Te-O-Te structural relaxation related to the ratio of bridging/non bridging oxygen (BO/NBO). In contrast, the thermal properties are related to the ionic field strength of the Te-O-M and M-O-M bonds, and the Te-O-Te breakage depends on the ratio of BO/NBO.
This paper presents an investigation into the magneto-thermo-mechanical vibration and damping of a viscoelastic functionally graded-carbon nanotubes (FG-CNTs)-reinforced curved microbeam based on Timoshenko beam and strain gradient theories. The structure is surrounded by a viscoelastic medium which is simulated with spring, damper and shear elements. The effective temperature-dependent material properties of the CNTs-reinforced composite beam are obtained using the extended rule of mixture. The structure is assumed to be subjected to a longitudinal magnetic field. The governing equations of motion are derived using Hamilton's principle and solved by employing differential quadrature method (DQM). The effect of various parameter like volume percent and distribution type of CNTs, temperature change, magnetic field, boundary conditions, material length scale parameter, central angle, viscoelastic medium and structural damping on the vibration and damping behaviors of the nanocomposite curved microbeam is examined. The results show that with increasing volume percent of CNTs and considering magnetic field, material length scale parameter and viscoelastic medium, the frequency of the system increases and critically damped situation occurs at higher values of damper constant. In addition, the structure with FGX distribution type of CNTs has the highest stiffness. It is also observed that increasing temperature, structural damping and central angle of curved microbeam decreases the frequency of the system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제21권1호
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pp.35-42
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2008
In the nuclear power plant, early detection of fatigue crack by non-destructive test (NDT) equipment due to the thermal cyclic load is very important in terms of strict safety regulation. To this end, many efforts are exerted to the fabrication of artificial cracked specimen for practicing engineers in the NDT company. The crack of this kind, however, cannot be made by conventional machining, but should be made under thermal cyclic load that is close to the in-situ condition, which takes tremendous time due to the repetition. In this study, thermal loading condition is investigated to minimize the time for fabricating the cracked specimen using simulation technique which predicts the crack initiation and propagation behavior. Simulation and experiment are conducted under an initial assumed condition for validation purpose. A number of simulations are conducted next under a variety of heating and cooling conditions, from which the best solution to achieve minimum time for crack with wanted size is found. In the simulation, general purpose software ANSYS is used for the stress analysis, MATLAB is used to compute crack initiation life, and ZENCRACK, which is special purpose software for crack growth prediction, is used to compute crack propagation life. As a result of the study, the time for the crack to reach the size of 1mm is predicted from the 418 hours at the initial condition to the 319 hours at the optimum condition, which is about 24% reduction.
Bagnoli, Paolo Emilio;Girardi, Maria;Padovani, Cristina;Pasquinelli, Giuseppe
Structural Engineering and Mechanics
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제48권6호
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pp.757-774
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2013
An integrated simulation tool for multilayer stepped pyramidal structures is presented. The tool, based on a semi-analytical mathematical strategy, is able to calculate the temperature distributions and thermal stresses at the interfaces between the layers of such structures. The core of the thermal solver is the analytical simulator for power electronic devices, DJOSER, which has been supplemented with a mechanical solver based on the finite-element method. To this end, a new ele-ment is proposed whose geometry is defined by its mean surface and thickness, just as in a plate. The resulting mechanical model is fully three-dimensional, in the sense that the deformability in the direction orthogonal to the mean surface is taken into account. The dedicated finite element code developed for solving the equilibrium problem of structures made up of two or more superimposed plates subjected to thermal loads is applied to some two-layer samples made of silicon and copper. Comparisons performed with the results of standard finite element analyses using a large number of brick elements reveal the soundness of the strategy employed and the accuracy of the tool developed.
Gawin, D.;Alonso, C.;Andrade, C.;Majorana, C.E.;Pesavento, F.
Computers and Concrete
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제2권3호
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pp.189-202
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2005
This paper presents an analysis of some experimental results concerning micro-structural tests, permeability measurements and strain-stress tests of four types of High-Performance Concrete, exposed to elevated temperatures (up to $700^{\circ}C$). These experimental results, obtained within the "HITECO" research programme are discussed and interpreted in the context of a recently developed mathematical model of hygro-thermal behaviour and degradation of concrete at high temperature, which is briefly presented in the Part 2 paper (Gawin, et al. 2005). Correlations between concrete permeability and porosity micro-structure, as well as between damage and cracks' volume, are found. An approximate decomposition of the thermally induced material damage into two parts, a chemical one related to cement dehydration process, and a thermal one due to micro-cracks' development caused by thermal strains at micro- and meso-scale, is performed. Constitutive relationships describing influence of temperature and material damage upon its intrinsic permeability at high temperature for 4 types of HPC are deduced. In the Part II of this paper (Gawin, et al. 2005) effect of two different damage-permeability coupling formulations on the results of computer simulations concerning hygro-thermo-mechanical performance of concrete wall during standard fire, is numerically analysed.
The damage of concrete due to the expansion of alkali-aggregate reaction (AAR) and thermal-chemical reactions affecting the strength of concrete is studied. The empirical equations for the variations of expansion of AAR, compressive strength and degradation of the modulus of elasticity with time, and compressive strength with degradation of the modulus of elasticity are proposed by analysing numerous experimental data. It is revealed that the expansion of AAR and compressive strength increase with time. The proposed combination of the time variations of chemical and mechanical parameters provides a satisfactory prediction of the concrete strength. Seismic analysis of the aged Koyna dam is conceded for two different long-term experimental data of concrete incorporating the proposed AAR based properties. The responses of aged Koyna dam reveal that the crest displacement of the Koyna dam significantly increases with time while the contour plots show that major principal stress at neck level reduces with time. As the modulus of elasticity decreases with ages the stress generated in the concrete structure get reduces. On the other hand with lesser value of modulus of elasticity the structure becomes more flexible and the crest displacement becomes very high that cause the seismic safety of the dam reduce.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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