Experiments were carried out to investigate the ballistic performance of fiber reinforced plastic(FRP)-steel plates completely penetrated by hemispherical-nosed projectiles at sub-ordnance velocities greater than their ballistic limits. The FRP-steel plate consists of a front FRP laminate and a steel backing plate. Failure mechanisms and impact energy absorptions of FRP-steel plates were analyzed and compared with FRP laminates and single steel plates. The effects of relative thickness, manufacturing method and fabric type of front composite armors as well as the joining style between front composite armors and steel backing plates on the total perforation resistance of FRP-steel plates were explored. It is found that in the case of FRP-steel plates completely penetrated by hemispherical-nosed projectiles at low velocities, the failure modes of front composite armors are slightly changed while for steel backing plates, the dominate failure modes are greatly changed due to the influence of front composite armors. The relative thickness and fabric type of front composite armors as well as the joining style of FRP-steel plates have large effects whereas the manufacturing method of front composite armors has slight effect on the total perforation resistance of FRP-steel plates.
Korean pyeongyeong, a set of sixteen L-shape chime stones covering one and one third octaves, is a standard instrument in the Korean traditional court music. We analyze the vibrational mode frequencies in a pyeongyeong replica which is played at the National Center for Korean Traditional Performance Arts and pyeongyeong remains which are exhibited at King Sejong Memorial Museum. The modal shapes on the Whangjong, the 1st stone and Cheonghyurjong, the 16th stone mapped by scanning accelerometer, TV holography and STAR system. The nominal frequencies in pyeongyeong replica at the National Center for Korean Traditional Performance Arts increase linearly with the thickness of the stones and the tones are tuned in line with the musical scale of Sambunsonik. The sexagenary cycles on the pyeongyeong remains at King Sejong Memorial. which show the Year of product indirectly, are different each other and the tones are not tuned in scale. The relative frequency ratios of each modes on stones differ more than just-noticeable differences from those on the pyeongyeong replica. Modal shapes are same for the two stones regardless of the thickness.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.347-353
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2021
In this study, we presented a novel size optimization framework to control the linear buckling temperature and several buckling modes of plates, by optimizing thickness values of composite structures for practical engineering applications. Predicting the buckling temperature and mode shape of structures is a vital research topic in engineering to achieve structural stability. However, optimizing designs of engineering structures through engineering intuition is challenging. To address this limitation, we proposed a method that combines finite element simulation and size optimization. Based on the idea that the structural buckling temperature and mode shape of a plate are affected by the thickness of the structure, the thickness values of the nodes of the target structure were set as the design variables in this optimization method; and the buckling temperature values, and buckling mode shapes were set as the objective functions. This size optimization method enabled the determination of optimal thickness distributions, to induce the desired buckling temperature values and mode shapes. The validity of the proposed method was verified in terms of their buckling temperature values and buckling mode shapes, using several numerical examples of rectangular composite structures.
The aim of this present research is the effect of the higher-order terms of the governing equation on the forced longitudinal vibration of a nanorod model and making comparisons of the results with classical nonlocal elasticity theory. For this purpose, the free axial vibration along with forced one under the two various linear and harmonic axial concentrated forces in zigzag Single-Walled Carbon Nanotube (SWCNT) are analyzed dynamically. Three various theories containing the classical theory, which is called Eringen's nonlocal elasticity, along with Rayleigh and Bishop theories (higher-order theories) are established to justify the nonlocal behavior of constitutive relations. The governing equation and the related boundary conditions are derived from Hamilton's principle. The assumed modes method is adopted to solve the equation of motion. For the free axial vibration, the natural frequencies are calculated for the various values of the nonlocal parameter only based on Eringen's theory. The effects of the nonlocal parameter, thickness, length, and ratio of the excitation frequency to the natural frequency over time in dimensional and non-dimensional axial displacements are investigated for the first time.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.852-855
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2002
In order to investigate the fracture behaviors(penetration modes) and resistance to penetration during ballistic impact of surface hardening treated Aluminum, Titanium alloy laminates, ballistic tests were conducted. In this paper, Anodized Al 5083-H131 alloy laminates and nitrified Ti (Gr.2) alloy laminates were used to achieve higher surface hardness. Surface hardness test were conducted using a Micro victor's hardness tester and thickness of surface hardening treated specimens was measured by video microscope. Resistance to penetration is determined by the protection ballistic limit($V_50$), a statistical velocity with 50% probability far complete penetration. Fracture behaviors and ballistic tolerance, described by penetration modes, are respectfully observed at and above ballistic limit velocities, as a result of $V_50$ test and Projectile Through Plates (PTP) test methods. PTP tests were conducted with $0^{\circ}$ obliquity at room temperature using 5.56mm ball projectile. $V_50$ tests with $0^{\circ}$ obliquity at room temperature were conducted with projectiles that were able to achieve near or complete penetration during PTP tests.
Sea waves induce significant pressures on coastal surfaces, especially on rocky vertical cliffs or breakwater structures (Peregrine 2003). In the present work, this hydrodynamic pressure is considered as the excitation acting on a piezoelectric material sheet, installed on a vertical cliff, and connected to an external electric circuit (on land). The whole hydro/piezo/electric system is modeled in the context of linear wave theory. The piezoelectric elements are assumed to be small plates, possibly of stack configuration, under a specific wiring. They are connected with an external circuit, modeled by a complex impedance, as usually happens in preliminary studies (Liang and Liao 2011). The piezoelectric elements are subjected to thickness-mode vibrations under the influence of incident harmonic water waves. Full, kinematic and dynamic, coupling is implemented along the water-solid interface, using propagation and evanescent modes (Athanassoulis and Belibassakis 1999). For most energetically interesting conditions the long-wave theory is valid, making the effect of evanescent modes negligible, and permitting us to calculate a closed-form solution for the efficiency of the energy harvesting system. It is found that the efficiency is dependent on two dimensionless hydro/piezo/electric parameters, and may become significant (as high as 30 - 50%) for appropriate combinations of parameter values, which, however, corresponds to exotically flexible piezoelectric materials. The existence or the possibility of constructing such kind of materials formulates a question to material scientists.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1719-1730
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1993
This paper presents the theoretical natural frequencies of out-of-plane deformable ring based on the variables such as out-of-plane deflection, torsional rotation and shear rotation. Based on the same variables, a finite element eigen analysis is carried out by using the $C^0$-continuous, isoparametric element which has three nodes per element and three degrees-of-freedom at each node. Numerical experiments are peformed to find the integration scheme which produces accurate natural frequencies, natural modes and correct rigid body motion. The uniformly reduced integration and the selective reduced integration give more accurate numerical frequencies than the uniformly full integration, but the uniformly reduced integration produces incorrect rigid body motion while selective reduced integration does correct one. Therefore, the ring element based on the three variables which employes selective reduced integration is recommended to avoid spurious modes, to alleviate the error due to shear locking and to produce correct rigid body motion, simultaneously.
Bridge, R.Q.;Sukkar, T.;Hayward, I.G.;van Ommen, M.
Steel and Composite Structures
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v.1
no.1
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pp.97-110
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2001
Architectural steel structures with visible tension and compression members are becoming more prevalent as a popular form of construction that reflects the nature of the resistance to the applied loads. These members require the use of structural steel pins at their ends to ensure either axial tension or axial compression in the members. Structural pins have been used as a means of connection for centuries and it would appear that their behaviour is relatively well understood. However, the rules for the design of pins vary quite considerably from code to code and this has caused some confusion amongst consulting structural engineers operating internationally. To provide some insight into this problem, a comprehensive testing program has been carried to examine the influence of parameters such as pin diameter, material properties of the pin, thickness of the loading plates, material properties of the loading plates and the distance of the pin to the edge of the loading plates. The modes of failure have been carefully examined. Based on this study, modifications to current design procedures are proposed that properly take into account the different possible modes of failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.615-626
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2010
The discrete-layer model is proposed to analyze the edge-effect problem of laminates under extension and flexure. Based on three-dimensional elasticity theory, the displacement fields of each layer in a laminate have been treated discretely in terms of three displacement components across the thickness. The displacement fields at bottom and top surfaces within a layer are approximated by two-dimensional shape functions. Then two surfaces are connected by one-dimensional high order shape functions. Thus the p-convergent refinement on approximated one- and two-dimensional shape functions can be implemented independently of each other. The quality of present model is mostly determined by polynomial degrees of shape functions for given displacement fields. For nodal modes with physical meaning, the linear Lagrangian polynomials are considered. Additional modes without physical meaning, which are created by increasing nodeless degrees of shape functions, are derived from integrals of Legendre polynomials which have an orthogonality property. Also, it is assumed that mapping functions are linear in the light of shape of laminated plates. The results obtained by this proposed model are compared with those available in literatures. Especially, three-dimensional out-of-plane stresses in the interior and near the free edges are evaluated and convergence performance of the present model is established with the stress results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.6
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pp.353-364
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2020
This paper presents the semi-analytical ice load calculation methods that are useful to simulate the ice-breaking process. Since the semi-analytical methods rely on the previously developed closed form equations or numerical analysis results, the user's exact understanding for the equations must be supported in order to use the methods properly. In this study, various failure modes of ice such as local crushing, in-plane splitting failure, out-of-plane bending failure and radial or circumferential cracking with rotation of the broken ice floe are considered. Based on the presented methods, the fracture modes were evaluated according to the size and thickness of ice. In addition, time series analysis for the ice-breaking process was performed on several ice conditions and the results were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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