Numerical studies were carried out to develop the moment magnifier method for long-term behavior of flat plates, subjected to combined in-plane compressive and transverse loads. Nonlinear finite element analyses were performed for the numerical studies. Through the numerical studies, the long term behavior of the flat plate subjected to uniform or nonuniform floor load was investigated, and creep effects on the degradation of strength and stiffness of the slabs were examined. As a result, the creep factor was implemented to describe the creep effect on the flat plate. The moment magnifier method using the creep factor was developed for long-term behavior of flat plates. Also, the design examples were shown for the verification of the proposed design method.
The plane contact problem for two infinite elastic layers whose elastic constants and heights are different is considered. The layers lying on a Winkler foundation are acted upon by symmetrical distributed loads whose lengths are 2a applied to the upper layer and uniform vertical body forces due to the effect of gravity in the layers. It is assumed that the contact between two elastic layers is frictionless and that only compressive normal tractions can be transmitted through the interface. The contact along the interface will be continuous if the value of the load factor, ${\lambda}$, is less than a critical value. However, interface separation takes place if it exceeds this critical value. First, the problem of continuous contact is solved and the value of the critical load factor, ${\lambda}_{cr}$, is determined. Then, the discontinuous contact problem is formulated in terms of a singular integral equation. Numerical solutions for contact stress distribution, the size of the separation areas, critical load factor and separation distance, and vertical displacement in the separation zone are given for various dimensionless quantities and distributed loads.
During their life span, post-tensioned concrete structures may be exposed to thermal loads. Therefore, there has been a growing interest in research on the advanced analysis and design of post-tensioned concrete slabs subjected to thermal loads. This paper investigates the structural behaviour of post-tensioned one-way spanning concrete slabs. A nonlinear finite element model for the analysis of post- tensioned unbonded and bonded concrete slabs at elevated temperatures was developed. The interface between the tendon and surrounding concrete was also modelled, allowing the tendon to retain its profile shape during the deformation of the slab. The load-deflection behaviour, load-force behaviour in the tendon, and the failure modes are presented. The numerical analysis was conducted by the finite element ANSYS software and was carried out on two different one-way concrete slabs chosen from literature. A parametric study was conducted to investigate the effect of several selected parameters on the overall behavior of post-tensioned one-way concrete slab. These parameters include the effect of tendon bonding, the effect of thermal loading and the effect of tendon profile. Comparison between uniform thermal loading and nonuniform thermal loading showed that restrained post tensioned slab with bottom surface hotter has smaller failure load capacity.
Due to rapid industrialisation, large scale infrastructure development is taking place worldwide. This includes railways, high speed highways, elevated roads etc. To meet the demands of society and industry, many innovative techniques and materials are being developed. In developed nations like USA, Japan etc. for railways applications, new material like geocells, geogrids are being used successfully to enable fast movement of vehicles. The present research work was aimed to develop design methodologies for improvement of grounds subjected to cyclic loads caused by moving vehicles on roads, rail tracks etc. Deformation behavior of ballast under static and cyclic load tests was studied based on square footing test. The paper presents a study of the effect of geo-synthetic reinforcement on the (cumulative) plastic settlement, of point loaded square footing on a thick layer of granular base overlying different compressible bases. The research findings showed that inclusion of geo-synthetics significantly improves the performance of ballasted tracks and reduces the foundation area. If the area is kept same, higher speed trains can be allowed to pass through the same track with insertion of geosynthetics. Similarly, area of machine foundation may also be reduced where geosynthetics is provided in foundation. The model tests results have been validated by numerical modeling, using $FLAC^{3D}$.
The main aim of this paper is enhancing design of traditional laminated composite plates subjected to static loads. In this regard, this paper suggests embedding a lightweight porous layer in the middle of laminated composite as the core layer of the resulted sandwich plate. The static responses of the suggested structures with uniform, symmetric and non-symmetric porosity distributions are compared to optimize their design. Using the first order shear deformation theories, the static governing equations of the suggested laminated composite plates with a porous layer (LCPPL) rested on two-parameter foundation are obtained. A finite element method is also utilized to solve the governing equations of LCPPLs. Effects of laminated composite and porosity characteristics as well as geometry dimension, edges' boundary conditions and foundation coefficients on the static deflection and stress distribution of the suggested composite plates have been investigated. The results reveal that the use of core between the layers of laminated composites leads to a sharp reduction in the static deflections of LCPPLs. Furthermore, in compare with perfect cores, the use of porous core between the layers of laminated composite plates can offer a considerable reduction in structural weight without a significant difference in their static responses.
Tapered roller bearings are widely used in equipment where high combined thrust and radial loads are experienced. A certain amount of tilting between the tapered rollers and the races always occurs because of bending moment load conditions and shaft deflection. It is now well understood that a coherent elastohydrodynamic lubrication (EHL) film separates the rollers and races. In spite of extensive study on EHL problems for over half a century, relatively few studies have focused on the finite line contacts problem. This study presents a complete numerical analysis of the effects of roller tilting on the EHL characteristics in a tapered roller bearing. We systematically analyze this highly nonlinear problem using finite differences with fully non-uniform grids and the Newton-Raphson method. Detailed EHL pressure distributions and film shapes are presented under moderate loads and material parameters. A very small roller tilting significantly affects the pressure distributions and film shapes near both ends of the roller. Moreover, the effect of tilting on the EHL characteristics at the small end is much greater than that at the large end. Therefore, in designing optimum profiles for tapered roller bearings, the profile radius should be larger at the small end.
The contact problem for an elastic layer resting on an elastic half plane is considered according to the theory of elasticity with integral transformation technique. External loads P and Q are transmitted to the layer by means of two dissimilar rigid flat punches. Widths of punches are different and the thickness of the layer is h. All surfaces are frictionless and it is assumed that the layer is subjected to uniform vertical body force due to effect of gravity. The contact along the interface between elastic layer and half plane will be continuous, if the value of load factor, ${\lambda}$, is less than a critical value, ${\lambda}_{cr}$. However, if tensile tractions are not allowed on the interface, for ${\lambda}$ > ${\lambda}_{cr}$ the layer separates from the interface along a certain finite region. First the continuous contact problem is reduced to singular integral equations and solved numerically using appropriate Gauss-Chebyshev integration formulas. Initial separation loads, ${\lambda}_{cr}$, initial separation points, $x_{cr}$, are determined. Also the required distance between the punches to avoid any separation between the punches and the layer is studied and the limit distance between punches that ends interaction of punches, is investigated. Then discontinuous contact problem is formulated in terms of singular integral equations. The numerical results for initial and end points of the separation region, displacements of the region and the contact stress distribution along the interface between elastic layer and half plane is determined for various dimensionless quantities.
A new higher shear deformation theory (HSDT) is presented for the thermal buckling behavior of functionally graded (FG) sandwich plates. It uses only four unknowns, which is even less than the first shear deformation theory (FSDT) and the conventional HSDTs. The theory considers a hyperbolic variation of transverse shear stress, respects the traction free boundary conditions and contrary to the conventional HSDTs, the present one presents a new displacement field which includes undetermined integral terms. Material characteristics and thermal expansion coefficient of the sandwich plate faces are considered to be graded in the thickness direction according to a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. The core layer is still homogeneous and made of an isotropic material. The thermal loads are supposed as uniform, linear and non-linear temperature rises within the thickness direction. An energy based variational principle is used to derive the governing equations as an eigenvalue problem. The validation of the present work is carried out with the available results in the literature. Numerical results are presented to demonstrate the influences of variations of volume fraction index, length-thickness ratio, loading type and functionally graded layers thickness on nondimensional thermal buckling loads.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.34-40
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2015
A stack in the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) consists of bipolar plates, a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, a collector and end plates. High current density is usually obtainable partially from uniform temperature distribution in the fuel cell. A size optimization method considering the thermal expansion effect of stacked plates was developed on the basis of finite element analyses. The thermal stresses in end, bipolar, and cooling plates were calculated based on temperature distribution obtained from thermal analyses. Finally, the optimization method was applied and optimum thicknesses of the three plates were calculated considering both fastening bolt tension and thermal expansion of each unit cell (72 cells, 5kW). The optimum design considering both thermal and mechanical loads increases the thickness of an end plate by 0.64-0.83% the case considering only mechanical load. The effect can be enlarged if the number of stack increases as in an automotive application to 200-300 stacks.
Steel corrosion induces structural deterioration of concrete-filled steel tubes (CFSTs), and any potential extreme action on a corroded CFST would pose a severe threat. This paper presents a comprehensive investigation on the lateral impact behaviour of CFSTs suffering from localised pitting corrosion damage. A refined finite element analysis model is developed for the simulation of locally corroded CFSTs subjected to lateral impact loads, which takes into account the strain rate effects on concrete and steel materials as well as the random nature of corrosion pits, i.e., the distribution patterns and the geometric characteristics. Full-range nonlinear analysis on the lateral impact behaviour in terms of loading and deforming time-history relations, nonlinear material stresses, composite actions, and energy dissipations are presented for CFSTs with no corrosion, uniform corrosion and pitting corrosion, respectively. Localised pitting corrosion is found to pose a more severe deterioration on the lateral impact behaviour of CFSTs due to the plastic deformation concentration, the weakened confinement and the reduction in energy absorption capacity of the steel tube. An extended parametric study is then carried out to identify the influence of the key parameters on the lateral impact behaviour of CFSTs with localised pitting corrosion. Finally, simplified design methods considering the features of pitting corrosion are proposed to predict the dynamic flexural capacity of locally pitted CFSTs subjected to lateral impact loads, and reasonable accuracy is obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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