Fatima Z. Zaoui;Djamel Ouinas;Abdelouahed Tounsi;Belkacem Achour;Jaime A. Vina Olay;Tayyab A. Butt
Steel and Composite Structures
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v.47
no.5
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pp.551-568
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2023
In this research, a new two-dimensional (2D) and quasi three-dimensional (quasi-3D) higher order shear deformation theory is devised to address the bending problem of functionally graded plates resting on an elastic foundation. The displacement field of the suggested theories takes into account a parabolic transverse shear deformation shape function and satisfies shear stress free boundary conditions on the plate surfaces. It is expressed as a combination of trigonometric and exponential shear shape functions. The Pasternak mathematical model is considered for the elastic foundation. The material properties vary constantly across the FG plate thickness using different distributions as power-law, exponential and Mori-Tanaka model. By using the virtual works principle and Navier's technique, the governing equations of FG plates exposed to sinusoidal and evenly distributed loads are developed. The effects of material composition, geometrical parameters, stretching effect and foundation parameters on deflection, axial displacements and stresses are discussed in detail in this work. The obtained results are compared with those reported in earlier works to show the precision and simplicity of the current formulations. A very good agreement is found between the predicted results and the available solutions of other higher order theories. Future mechanical analyses of three-dimensionally FG plate structures can use the study's findings as benchmarks.
Excessive vibrations induced by earthquake excitation and wind load are an obstacle in design and construction of tall and super tall buildings. An innovative vibration control structure system (Mega-Sub Controlled Structure System-MSCSS) was recently proposed to further improve humans comfort and their safeties during natural disasters. Preliminary investigations were performed using a two dimensional equivalent simplified model, composed by 3 mega-stories. In this paper, a more reasonable and realistic scaled model is design to investigate the dynamical characteristics and controlling performances of this structure when subjected to strong earthquake motion. The control parameters of the structure system, such as the modulated sub-structures disposition; the damping coefficient ratio (RC); the stiffness ratio (RD); the mass ratio of the mega-structure and sub-structure (RM) are investigated and their optimal values (matched values) are obtained. The MSCSS is also compared with the so-called Mega-Sub Structure (MSS) regarding their displacement and acceleration responses when subjected to the same load conditions. Through the nonlinear time history analysis, the effectiveness and the feasibility of the proposed mega-sub controlled structure system (MSCSS) is demonstrated in reducing the displacement and acceleration responses and also improving human comfort under earthquake loads.
The under-drive brake piston is an essential part in the automatic transmissions of automobiles. This component is manufactured by forging after blanking from S55C plate with a thickness of 6mm. It is difficult to design the plate forging process using a thick plate approach since there will be limited material flow as well as large press loads. Furthermore, the under-drive brake piston has a complex shape with a right angle step, which often results in die unfill and abrupt increase in press load. To overcome these obstacles, a separate die for filling material sufficiently to the corner of the right angle step is proposed. However, this approach induces an uncontrolled workpiece surface between the dies, resulting in flash. This excess flash degrades the tool life in the final machining after cold forging as well as increases the cycle time to obtain the net-shape of the part. In the current study, we propose an optimum process design using a conventional die shaped with the benefit of finite element analysis. This approach enhanced the process efficiency without sacrificing the dimensional accuracy in the forged part. As the result, the optimum plate forging process was done with a two stage die, which reduces weight of by 6% compared with previous process for the under-drive brake piston.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.4
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pp.9-14
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1985
In this research mass of a plane strain two dimensional elastic concrete dam under gravitational and hydrostatic loads is minimized, through shape optimization of the dam cross section. Cross sectional area of the dam is taken as cost function of the optimization problem while constraints on the principal stress distribution and dam thickness are imposed. Shape of the boundary of the model is chosen as design variable. Variational formulation of the optimization problem, the material derivative idea of continuum mechanics, and an adjoint variable method are employed for the shape design sensitivity calculation. Then the gradient projection algorithm is utilized to obtain an optimum design iteratively. Research results fully demonstrate that the theory and procedure adopted are quite efficient and can be applicable to a wide class of practical elastic structural design problems.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.122-127
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2001
As pipelines are often used to transport gas, oil, water and oil products, there are more than one pipeline installed in the offshore field. The size and space of pipelines are various depending on the design specifications. The pipelines are to be designed and installed to secure the stability to external loads during the installation and operation period. The flow patterns are very complex around the pipelines being dependent on incoming flow velocity, pipelines size and space. To investigate the flow patterns, number of experiment are conducted with visualization equipment in a circulating water channel. The flow motion and trajectory were recorded from the laser reflected particles by camera. From the experiment the flow patterns around spaced pipelines were obtained. Also pressure gradient was measured by mano-meter to estimate the hydrodynamic forces on the behind pipeline. The results show that the various sizes and spaces can be affected in the estimation of external load. The complex flow patterns and pressure gradients can be effectively used in the understanding of flow motion and pressure gradient.
Park, Ji-Hun;Moon, Byoung-Wook;Lee, Sung-Kyung;Min, Kyung-Won
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.649-661
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2007
Friction-type reinforcing members(FRM) to enhance the resistance to wind loads of a transmission tower through both stiffness strengthening and damping increase are energy dissipation devices that utilize bending deflection of a tower leg. In this paper, the hysteretic behavior of the transmission tower structure with FRMs was experimentally investigated through cyclic loading tests on a half scale substructure model. Firstly, the variation of friction forces and durability of the FRM depending on the type of friction-inducing materials used in the FRM were examined by performing the cyclic loading tests on the FRM. Secondly, cyclic loading tests of a half-scale two-dimensional substructure model of a transmission tower with FRMs were conducted. Test results show that the FRM, of which desired maximum friction force is easily regulated by adjusting the amplitude of the torque applied to the bolts, have stable hysteretic behaviors and it is found that there exists the optimum torque depending on a design load by investigating the amount of energy dissipation of the FRMs according to the increase of torque.
Park, Ji-Hun;Moon, Byoung-Wook;Lee, Sung-Kyung;Min, Kyung-Won
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.568-577
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2007
Friction-type reinforcing members (FRM) to enhance the resistance to wind loads of a transmission tower through both stiffness strengthening and damping increase are energy dissipation devices that utilize bending deflection of a tower leg. In this paper, the hysteretic behavior of the transmission tower structure with FRMs was experimentally investigated through cyclic loading tests on a half scale substructure model. Firstly, the variation of friction forces and durability of the FRM depending on the type of Friction-inducing materials used in the FRM were examined by performing the cyclic loading tests on the FRM. Secondly, Cyclic loading tests of a half-scale two-dimensional substructure model of a transmission tower with FRMs were conducted. Test results show that the FRM, of which desired maximum friction force is easily regulated by adjusting the amplitude of the torque applied to the bolts, have stable hysteretic behaviors and it is found that there exists the optimum torque depending on a design load by investigating the amount of energy dissipation of the FRMs according to the increase of torque.
Two dimensional numerical models and physical models have been developed to study the highly nonlinear interactions between waves and breakwaters, but several of these models consider the effects of the structural dynamic responses and the shape of the breakwater axis on the wave pressures. In this study, a multi-material Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method is developed to simulate the nonlinear interactions between nonlinear waves and elastic seawalls on a coastal rubble mound breakwater, and is validated experimentally. In the experiment, a solitary wave is generated and used with a physical breakwater model. The wave impact is validated computationally using a breakwater - flume coupling model that replicates the physical model. The computational results, including those for the wave pressure and the water-on-deck, are in good agreement with the experimental results. A local breakwater model is used to discuss the effects of the structural dynamic response and different design parameters of the breakwater on wave loads, together with pressure distribution up the seawall. A large-scale breakwater model is used to numerically study the large-scale wave impact problem and the horizontal distribution of the wave pressures on the seawalls.
Soft clay strata can suffer significant settlement or stability problems under building loads. Among the methods proposed to strengthen weak soils is the application of a stone masonry trench (SMT) beneath RC strip foundations (as a masonry pad-stone). Although, SMTs are frequently employed in engineering practice; however, the effectiveness of SMTs on the ultimate bearing capacity improvement of a strip footing rested on a weak clay stratum has not been investigated quantitatively, yet. Therefore, the expected increase of bearing capacity of strip footings reinforced with SMTs is of interest and needs to be evaluated. This study presents a two-dimensional numerical model using the discrete element method (DEM) to capture the ultimate load-bearing capacity of a strip footing on a soft clay reinforced with a SMT. The developed DEM model was then used to perform a parametric study to investigate the effects of SMT geometry and properties on the footing bearing capacity with and without the presence of surcharge. The dimensions of the SMTs were varied to determine the optimum trench relative depth. The study showed that inclusion of a SMT of optimum dimension in a soft clay can improve the bearing capacity of a strip footing up to a factor of 3.5.
Numerous studies have repeatedly demonstrated the efficiency of using skirts to increase the bearing capacity and to reduce settlement of shallow foundations subjected to static loads. However, no efforts have been made to study the efficiency of using these skirts to reduce settlement produced by machine vibration, although machines are very sensitive to settlement and the foundations of these machines should be designed properly to ensure that the settlement produced due to machine vibration is very small. This research has been conducted to investigate the efficiency of using skirts as a technique to reduce the settlement of a strip foundation subjected to machine vibration. A two-dimensional finite element model has been developed, validated, and employed to achieve the aim of the study. The results of the analyses showed that the use of skirts reduces the settlement produced due to machine vibration. However, the percentage decrease of the settlement is remarkably influenced by the density of the soil and the frequency of vibration, where it rises as the frequency of vibration increases and declines as the soil density rises. It was also found that increasing skirt length increases the percentage decrease of the settlement. Importantly, the results obtained from the analyses have been utilized to derive new dynamic impedance values that implicitly consider the presence of skirts. Finally, novel design equations of dynamic impedance that implicitly account to the effect of the skirts have been derived and validated utilizing a new intelligent data driven method. These new equations can be used in future designs of skirted strip foundations subjected to machine vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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