In this work, the effect of size on the axial buckling behavior of single-layered graphene sheets embedded in elastic media is studied. We incorporate Eringen's nonlocal elasticity equations into three plate theories of first order shear deformation theory, higher order shear deformation theory, and classical plate theory. The surrounding elastic media are simulated using Pasternak and Winkler foundation models and their differences are evaluated. The results obtained from different nonlocal plate theories include the values of Winkler and Pasternak modulus parameters, mode numbers, nonlocal parameter, and side lengths of square SLGSs. We show here that axial buckling behavior strongly depends on modulus and nonlocal parameters, which have different values for different mode numbers and side lengths. In addition, we show that in different nonlocal plate theories, nonlocality is more influential in first order shear deformation theory, especially in certain range of nonlocal parameters.
Aicha, Kablia;Rabia, Benferhat;Daouadji, Tahar Hassaine;Bouzidene, Ahmed
Coupled systems mechanics
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v.9
no.6
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pp.575-597
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2020
Equilibrium equations of a porous FG plate resting on Winkler-Pasternak foundations with various boundary conditions are derived using a new refined shear deformation theory. Different types of porosity distribution rate are considered. Governing equations are obtained including the plate-foundation interaction. This new model meets the nullity of the transverse shear stress at the upper and lower surfaces of the plate. The novel rule of mixture is proposed to describe and approximate material properties of the FG plates with different distribution case of porosity. The validity of this theory is studied by comparing some of the present results with other higher-order theories reported in the literature. Effects of variation of porosity distribution rate, boundary conditions, foundation parameter, power law index, plate aspect ratio, side-to-thickness ratio on the deflections and stresses are all discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.832-835
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2005
The free vibration of tapered piles embedded in soil is investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equations for the free vibrations of such members are solved numerically. The square tapered piles with one free and the other hinged end with rotational spring are applied in numerical examples. The lowest two natural frequencies are obtained over a range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the embedded ratio, the foundation parameter, the width ratio of the contact area and the section ratio.
This work deals with the size-dependent wave propagation analysis of functionally graded (FG) anisotropic nanoplates based on a nonlocal strain gradient refined plate model. The present model incorporates two scale coefficients to examine wave dispersion relations more accurately. Material properties of FG anisotropic nanoplates are exponentially varying in the z-direction. In order to solve the governing equations for bulk waves, an analytical method is performed and wave frequencies and phase velocities are obtained as a function of wave number. The influences of several important parameters such as material graduation exponent, geometry, Winkler-Pasternak foundation parameters and wave number on the wave propagation of FG anisotropic nanoplates resting on the elastic foundation are investigated and discussed in detail. It is concluded that these parameters play significant roles on the wave propagation behavior of the nanoplates. From the best knowledge of authors, it is the first time that FG nanoplate made of anisotropic materials is investigated, so, presented numerical results can serve as benchmarks for future analysis of such structures.
Contrast to the conventional jointed bridge design, integral abutment bridges (IABs) offer some marked advantages like reduced maintenance and enhanced service life of the structure due to elimination of joints in the deck and monolithic construction practices. However, the force transfer mechanism during seismic and thermal movements is a topic of interest owing to rigid connection between superstructure and substructure (piers and abutments). This study attempts to model an existing IAB by including the abutment backfill interaction and soil-foundation interaction effects using Winkler foundation assumption to determine its seismic response. Keeping in view the significance of abutment behavior in an IAB, the probability of damage to the abutment is evaluated using fragility function. Incremental Dynamic Analysis (IDA) approach is used in this regard, wherein, nonlinear time history analyses are conducted on the numerical model using a selected suite of ground motions with increasing intensities until damage to abutment. It is concluded from the fragility analysis results that for a MCE level earthquake in the location of integral bridge, the probability of complete damage to the abutment is minimal.
Closed steel supports of different shapes are used in mining and underground constructions. The supports are prefabricated from rolled, usually robust, steel profiles. The load carrying capacity of a support is considerably influenced by the active loading and passive forces. The passive forces are induced by interactions between the support and the surrounding rock mass. The analysis herein comprises three parts: The first part consists of structural geometry processing. The second part involves finding the numerical solution of a statically indeterminate structure for a specified load. The third part is calculation of the load carrying capacity and the components of internal forces and deformations. For this, the force method and numerical integration are used. The Winkler model is applied when the support interacts with the surrounding environment. The load carrying capacity is limited by the slip resistance of the connected parts and it is limited by reaching the ultimate state of the profile. This paper serves as a comprehensive reference for the determination of the load carrying capacity of closed steel supports and includes stepwise derivations of the governing formulas.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.245-253
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2020
In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.
With recent growing interests in the Performance-Based Seismic Design and Assessment Methodology, more realistic modeling of a structural system is deemed essential in analyzing, designing, and evaluating both newly constructed and existing buildings under seismic events. Consequently, a shallow foundation element becomes an essential constituent in the implementation of this seismic design and assessment methodology. In this paper, a contact interface fiber section element is presented for use in modeling soil-shallow foundation systems. The assumption of a rigid footing on a Winkler-based soil rests simply on the Euler-Bernoulli's hypothesis on sectional kinematics. Fiber section discretization is employed to represent the contact interface sectional response. The hyperbolic function provides an adequate means of representing the stress-deformation behavior of each soil fiber. The element is simple but efficient in representing salient features of the soil-shallow foundation system (sliding, settling, and rocking). Two experimental results from centrifuge-scale and full-scale cyclic loading tests on shallow foundations are used to illustrate the model characteristics and verify the accuracy of the model. Based on this comprehensive model validation, it is observed that the model performs quite satisfactorily. It resembles reasonably well the experimental results in terms of moment, shear, settlement, and rotation demands. The hysteretic behavior of moment-rotation responses and the rotation-settlement feature are also captured well by the model.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.435-440
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2002
The free vibration of partially embedded piles is investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler beam theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equation for the free vibrations of such members is solved numerically The piles with one typical end constraint (clamped/hinged/free) and the other hinged end with rotational spring are applied in numerical examples. The lowest three natural frequencies are calculated over a range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the relative stiffness and the embedded ratio.
Lee, Jinhyuk;Cha, Kyunghwa;Song, Sangguen;Kong, Jung Sik
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.177-185
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2015
City-based Lifeline is expected to cause significant social and economic loss accompanied the secondary damage such as paralysis of urban functions and a large fire as well as the collapse caused by earthquake. Earthquake Disaster Response System of Korea is being operated with preparation, calculates the probability of failure of the facility through Seismic Fragility Model and evaluates the degree of earthquake disaster. In this paper, the time history analysis of buried gas pipeline in city-based lifeline was performed with consideration for ground characteristics and also seismic fragility model was developed by maximum likelihood estimation method. Analysis model was selected as the high-pressure pipe and the normal-pressure pipe buried in the city of Seoul, Korea's representative, modeling of soil was used for Winkler foundation model. Also, method to apply developed fragility model at GIS is presented.
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