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Electromechanical behavior of interface deformable piezoelectric bilayer beams / Chen, Fangliang in Journal of engineering mechanics, Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) . - pp. 413-428 Titre : Electromechanical behavior of interface deformable piezoelectric bilayer beams Type de document : texte imprimé Auteurs : Chen, Fangliang, Auteur ; Qiao, Pizhong, Auteur Article en page(s) : pp. 413-428 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Interfaces  Piezoelectricity  Integrated  systems  Intelligent  structures  Layered  systems  Coupling  Beams  Deformation. Résumé : An interface deformable piezoelectric bilayer beam model is proposed to study the electromechanical responses and interface stress distributions in an intelligent layered structure. Like most of current approaches in the literature, the layerwise approximation of electric potential is employed. While in contrast to the linear approximation where the induced electric field is ignored, the present model takes a quadratic variation of the potentials across the thickness, thus warranting an efficient and accurate modeling of the electric field. Completely different from the widely used equivalent single layer model, in which the whole laminate is assumed to deform as a single layer and thus has a smooth variation of the displacement field over the thickness, the present model considers each sublayer as a single linearly elastic Timoshenko beam perfectly bonded together and therefore with individual deformations. To ensure the continuity of deformations of two adjacent sublayers along the interface, two interface compliance coefficients are introduced, by which both the longitudinal and vertical displacement components along the interface of two sublayers due to the interface shear and normal stresses are taken into account. To assess the performance of the present model, a number of benchmark tests are performed for a piezoelectric bimorph and a piezoelectric-elastic bilayer beam subjected to (1) a force density normal to the upper face and (2) an electric potential applied to the top and bottom faces. A remarkable agreement achieved between the present solution and the finite element computations illustrates the validity of the present study. The present model not only predicts well the global responses (displacement, electric charge, etc.), but also provides excellent estimates of the local responses (through-thickness variations of electromechanical state, interface stress distributions, etc.) of the piezoelectric layered structures. The novel mechanics model of electroelastic layered structures presented can be used to efficiently and effectively characterize hybrid smart devices and develop/optimize new multifunctional materials. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : =136&fromissue=4&toissue=4&OUTLOG=NO&viewabs=JENMDT&key=DISPLAY&docID=15&page=1& [...] [article] Electromechanical behavior of interface deformable piezoelectric bilayer beams [texte imprimé] / Chen, Fangliang, Auteur ; Qiao, Pizhong, Auteur . - pp. 413-428. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) . - pp. 413-428 Mots-clés : Interfaces  Piezoelectricity  Integrated  systems  Intelligent  structures  Layered  systems  Coupling  Beams  Deformation. Résumé : An interface deformable piezoelectric bilayer beam model is proposed to study the electromechanical responses and interface stress distributions in an intelligent layered structure. Like most of current approaches in the literature, the layerwise approximation of electric potential is employed. While in contrast to the linear approximation where the induced electric field is ignored, the present model takes a quadratic variation of the potentials across the thickness, thus warranting an efficient and accurate modeling of the electric field. Completely different from the widely used equivalent single layer model, in which the whole laminate is assumed to deform as a single layer and thus has a smooth variation of the displacement field over the thickness, the present model considers each sublayer as a single linearly elastic Timoshenko beam perfectly bonded together and therefore with individual deformations. To ensure the continuity of deformations of two adjacent sublayers along the interface, two interface compliance coefficients are introduced, by which both the longitudinal and vertical displacement components along the interface of two sublayers due to the interface shear and normal stresses are taken into account. To assess the performance of the present model, a number of benchmark tests are performed for a piezoelectric bimorph and a piezoelectric-elastic bilayer beam subjected to (1) a force density normal to the upper face and (2) an electric potential applied to the top and bottom faces. A remarkable agreement achieved between the present solution and the finite element computations illustrates the validity of the present study. The present model not only predicts well the global responses (displacement, electric charge, etc.), but also provides excellent estimates of the local responses (through-thickness variations of electromechanical state, interface stress distributions, etc.) of the piezoelectric layered structures. The novel mechanics model of electroelastic layered structures presented can be used to efficiently and effectively characterize hybrid smart devices and develop/optimize new multifunctional materials. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : =136&fromissue=4&toissue=4&OUTLOG=NO&viewabs=JENMDT&key=DISPLAY&docID=15&page=1& [...]

Fracture Analysis of Shear Deformable Bi-Material Interface / Wang, Jialai in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°3 (Mars 2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°3 (Mars 2006) . - 306-316 p. Titre : Fracture Analysis of Shear Deformable Bi-Material Interface Titre original : Analyse de Rupture d'Interface de Bi-Matériel de Deformable Cisaillement Type de document : texte imprimé Auteurs : Wang, Jialai, Auteur ; Qiao, Pizhong, Auteur ; Xi, Yunping, Editeur scientifique Article en page(s) : 306-316 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Fractures  Shear  deformation  Beams  Cracking  Interfaces  Déformation  de  cisaillement  Faisceaux  Fendre Index. décimale : 621.34 Résumé : Based on a novel split bi-layer shear deformable beam model capable of capturing the local deformation at the crack tip, the explicit closed-form solutions of bi-material interface fracture are presented in this paper. A Recently developed novel shear deformable bi-layer beam theory is briefly reviewed, from which the deformation at the crack tip is explicity derived. A new expression for the energy release rate is then obtained using the J integral, in which several new terms associated with the transverse shear force are present; this represents an improved solution compared to the one from the classical beam model. By exploiting the two concentrated crack tip forces, the general loading acting at the crack tip are decomposed into two groups which produce only the mode I and mode II energy release rates, respectively; the total energy release rate is thus decomposed into the mode I and II components in a global sense. The Stress intensity factor referred to as local decomposition is also obtained including the transverse shear effect. The Difference between the global and local mode decomposition is clarified, and a simple relationship between them is provided. The Effect of the existence of a thin layer of adhesive on the stress intensity factor is further studied by an asymptotic analysis. A simple and improved expression for the T stress, the non singular term of stress at the crack tip, is also given. The Fracture parameters of several commonly used interface fracture specimens are summarized. The Present fracture analysis including the transverse shear effect is in better agreement with finite element analyses and shows advantages and improved accuracy over the available classical solutions. Basé sur un modèle deformable de faisceau de cisaillement fendu de Bi-couche de roman capable de capturer la déformation locale au bout de fente, les solutions explicites de forme close de la rupture d'interface de Bi-matériel sont présentées en cet article. Une théorie deformable récemment développée de faisceau de Bi-couche de cisaillement de roman dont est brièvement passée en revue, la déformation au bout de fente est explicity dérivé. Une nouvelle expression pour le taux de rejets d'énergie est alors obtenue en utilisant l'intégrale de J, dans laquelle plusieurs nouvelles limites liées à la force de cisaillement transversale sont présentes ; ceci représente une solution améliorée comparée à celle du modèle classique de faisceau. En exploitant les deux forces concentrées de bout de fente, le chargement général agissant au bout de fente sont décomposés en deux groupes qui produisent les taux de rejets d'énergie seulement du mode I et du mode II, respectivement ; tout le taux de rejets d'énergie est ainsi décomposé en mode I et II des composants dans un sens global. Le facteur d'intensité d'effort désigné sous le nom de la décomposition locale est également obtenu comprenant l'effet de cisaillement transversal. La différence entre la décomposition globale et locale de mode est clarifiée, et un rapport simple entre eux est fourni. L'effet de l'existence d'une couche mince d'adhésif sur le facteur d'intensité d'effort est encore étudié par une analyse asymptotique. Une expression simple et améliorée pour l'effort de T, la limite non singulière de l'effort au bout de fente, est également donnée. Les paramètres de rupture de plusieurs spécimens généralement utilisés de rupture d'interface sont récapitulés. L'analyse actuelle de rupture comprenant l'effet de cisaillement transversal est dans un meilleur accord avec des analyses finies d'élément et montre des avantages et l'exactitude améliorée au-dessus des solutions classiques disponibles. En ligne : qiao@uakron.edu [article] Fracture Analysis of Shear Deformable Bi-Material Interface = Analyse de Rupture d'Interface de Bi-Matériel de Deformable Cisaillement [texte imprimé] / Wang, Jialai, Auteur ; Qiao, Pizhong, Auteur ; Xi, Yunping, Editeur scientifique . - 306-316 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°3 (Mars 2006) . - 306-316 p. Mots-clés : Fractures  Shear  deformation  Beams  Cracking  Interfaces  Déformation  de  cisaillement  Faisceaux  Fendre Index. décimale : 621.34 Résumé : Based on a novel split bi-layer shear deformable beam model capable of capturing the local deformation at the crack tip, the explicit closed-form solutions of bi-material interface fracture are presented in this paper. A Recently developed novel shear deformable bi-layer beam theory is briefly reviewed, from which the deformation at the crack tip is explicity derived. A new expression for the energy release rate is then obtained using the J integral, in which several new terms associated with the transverse shear force are present; this represents an improved solution compared to the one from the classical beam model. By exploiting the two concentrated crack tip forces, the general loading acting at the crack tip are decomposed into two groups which produce only the mode I and mode II energy release rates, respectively; the total energy release rate is thus decomposed into the mode I and II components in a global sense. The Stress intensity factor referred to as local decomposition is also obtained including the transverse shear effect. The Difference between the global and local mode decomposition is clarified, and a simple relationship between them is provided. The Effect of the existence of a thin layer of adhesive on the stress intensity factor is further studied by an asymptotic analysis. A simple and improved expression for the T stress, the non singular term of stress at the crack tip, is also given. The Fracture parameters of several commonly used interface fracture specimens are summarized. The Present fracture analysis including the transverse shear effect is in better agreement with finite element analyses and shows advantages and improved accuracy over the available classical solutions. Basé sur un modèle deformable de faisceau de cisaillement fendu de Bi-couche de roman capable de capturer la déformation locale au bout de fente, les solutions explicites de forme close de la rupture d'interface de Bi-matériel sont présentées en cet article. Une théorie deformable récemment développée de faisceau de Bi-couche de cisaillement de roman dont est brièvement passée en revue, la déformation au bout de fente est explicity dérivé. Une nouvelle expression pour le taux de rejets d'énergie est alors obtenue en utilisant l'intégrale de J, dans laquelle plusieurs nouvelles limites liées à la force de cisaillement transversale sont présentes ; ceci représente une solution améliorée comparée à celle du modèle classique de faisceau. En exploitant les deux forces concentrées de bout de fente, le chargement général agissant au bout de fente sont décomposés en deux groupes qui produisent les taux de rejets d'énergie seulement du mode I et du mode II, respectivement ; tout le taux de rejets d'énergie est ainsi décomposé en mode I et II des composants dans un sens global. Le facteur d'intensité d'effort désigné sous le nom de la décomposition locale est également obtenu comprenant l'effet de cisaillement transversal. La différence entre la décomposition globale et locale de mode est clarifiée, et un rapport simple entre eux est fourni. L'effet de l'existence d'une couche mince d'adhésif sur le facteur d'intensité d'effort est encore étudié par une analyse asymptotique. Une expression simple et améliorée pour l'effort de T, la limite non singulière de l'effort au bout de fente, est également donnée. Les paramètres de rupture de plusieurs spécimens généralement utilisés de rupture d'interface sont récapitulés. L'analyse actuelle de rupture comprenant l'effet de cisaillement transversal est dans un meilleur accord avec des analyses finies d'élément et montre des avantages et l'exactitude améliorée au-dessus des solutions classiques disponibles. En ligne : qiao@uakron.edu

Local delamination buckling of laminated composite beams using novel joint deformation models / Qiao, Pizhong in Journal of engineering mechanics, Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 541-550 Titre : Local delamination buckling of laminated composite beams using novel joint deformation models Type de document : texte imprimé Auteurs : Qiao, Pizhong, Auteur ; Shan, Luyang, Auteur ; Chen, Fangliang, Auteur Année de publication : 2010 Article en page(s) : pp. 541-550 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Delaminating  Buckling  Joints  Deformation  Transverse  shear  Composite  beams. Résumé : Local delamination buckling formulas for laminated composite beams are derived based on the rigid, semirigid, and flexible joint models with respect to three bilayer beam (i.e., conventional composite, shear-deformable bilayer, and interface-deformable bilayer, respectively) theories. Two local delamination buckling modes (i.e., sublayer delamination buckling and symmetrical delamination buckling) are analyzed and their critical buckling loads based on the three joint models are obtained. A numerical finite-element simulation is carried out to validate the accuracy of the formulas, and parametric studies of delamination length ratio, the transverse shear effect, and the influence of interface compliance are conducted to demonstrate the improvement of the flexible joint model compared to the rigid and semirigid joint models. The explicit local delamination buckling solutions developed in this study facilitate the design analysis and optimization of laminated composite structures and provide simplified and improved practical design equations and guidelines for buckling analyses. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=ASCERL&CURRENT=null [...] [article] Local delamination buckling of laminated composite beams using novel joint deformation models [texte imprimé] / Qiao, Pizhong, Auteur ; Shan, Luyang, Auteur ; Chen, Fangliang, Auteur . - 2010 . - pp. 541-550. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 541-550 Mots-clés : Delaminating  Buckling  Joints  Deformation  Transverse  shear  Composite  beams. Résumé : Local delamination buckling formulas for laminated composite beams are derived based on the rigid, semirigid, and flexible joint models with respect to three bilayer beam (i.e., conventional composite, shear-deformable bilayer, and interface-deformable bilayer, respectively) theories. Two local delamination buckling modes (i.e., sublayer delamination buckling and symmetrical delamination buckling) are analyzed and their critical buckling loads based on the three joint models are obtained. A numerical finite-element simulation is carried out to validate the accuracy of the formulas, and parametric studies of delamination length ratio, the transverse shear effect, and the influence of interface compliance are conducted to demonstrate the improvement of the flexible joint model compared to the rigid and semirigid joint models. The explicit local delamination buckling solutions developed in this study facilitate the design analysis and optimization of laminated composite structures and provide simplified and improved practical design equations and guidelines for buckling analyses. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=ASCERL&CURRENT=null [...]

Nondestructive Assessment of Reinforced Concrete Structures Based on Fractal Damage Characteristic / Cao, Maosen in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) . - 924-931 p. Titre : Nondestructive Assessment of Reinforced Concrete Structures Based on Fractal Damage Characteristic Titre original : Evaluation non Destructive des Structures en Béton Renforcées Basées sur la Caractéristique de Dommages de Fractale Type de document : texte imprimé Auteurs : Cao, Maosen, Auteur ; Ren, Qingwen, Auteur ; Qiao, Pizhong Article en page(s) : 924-931 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damage  Concrete  structures  Concrete  Reinforced  Damages  Assessments  Fractals  Dommages  Structures  en  béton  Béton  armé  Evaluations  Fractales Index. décimale : 621.34/624 Résumé : Nondestructive damage assessment of civil engineering structures has become a focus of increasing interest for recent decades. Its core is to extract effective damage characteristic information capable of reflecting structural damage status. In this study, fractal theory is adopted to extract the fractal damage characteristic factors of a reinforced concrete structure by characterizing its surface-crack distributions. The concentrated and even load spaces are generalized as applicable spaces for employing fractal-to-structural damage assessment. As demonstrated in the damage assessment of reinforced concrete beams under four-point bending and aged crossbeams of an operation bridge in a sluice, the surface-crack distributions of reinforced concrete structures exhibit monofractal character in the concentrated load space, and multifractal character in the even load space. The physical damage interpretations of the extracted monofractal and multifractal damage characteristic factors in the respective load spaces are then established by analyzing the correlations between the monofractal dimension and the natural frequency, and between the multifractal singular spectrum and the average carbonized depth and residual material intensity, respectively. The closely linear fitting relationships between the fractal quantities and traditional damage characteristic factors indicate that the fractal (i.e., monofractal and multifractal) quantities can serve as viable and novel damage characteristic factors in the online damage assessment of concrete structures. It is significant that the proposed fractal damage characteristic factors overcome some disadvantages of traditional damage characteristic factors in practical applications, and they extend the technique of fractal into the meaningful damage assessment of reinforced concrete materials. L'Evaluation de dommages non destructive des structures de génie civil est devenue un centre d'intérêt croissant pendant des décennies récentes. Son noyau doit extraire l'information caractéristique de dommages efficaces capable de refléter le statut structural de dommages. Dans cette étude, la théorie de fractale est adoptée pour extraire les facteurs caractéristiques de dommages de fractale d'une structure en béton renforcée en caractérisant ses distributions de surface-fente. Concentrée et même les espaces de charge sont généralisés comme les espaces applicables pour utiliser l'évaluation de dommages de fractale-to-structural. Comme démontré dans l'évaluation de dommages des faisceaux concrets renforcés sous le recourbement de quatre-point et des traverses âgées d'un pont d'opération dans une écluse, les distributions de surface-fente des structures en béton renforcées montrent le caractère monofractal dans l'espace concentré de charge, et le caractère multifractal dans l'espace égal de charge. Les interprétations physiques de dommages des facteurs caractéristiques extraits de dommages monofractal et multifractal dans les espaces respectifs de charge sont alors établies en analysant les corrélations entre la dimension monofractal et la fréquence normale, et entre le spectre singulier multifractal et l'intensité matérielle carbonisée moyenne de profondeur et résiduelle, respectivement. Les rapports convenables étroitement linéaires les facteurs caractéristiques entre les quantités de fractale et dommages traditionnels indiquent que les quantités de fractale (c.-à-d., monofractal et multifractal) peuvent servir de facteurs caractéristiques viables et de roman de dommages dans l'évaluation de dommages en ligne des structures en béton. Il est significatif que les facteurs caractéristiques proposés de dommages de fractale surmontent quelques inconvénients des facteurs caractéristiques de dommages traditionnels dans des applications pratiques, et ils prolongent la technique de la fractale dans l'évaluation de dommages signicative des matériaux concrets renforcés. En ligne : cmszhy@163.com, qingwenren@163.com, qiao@wsu.edu [article] Nondestructive Assessment of Reinforced Concrete Structures Based on Fractal Damage Characteristic = Evaluation non Destructive des Structures en Béton Renforcées Basées sur la Caractéristique de Dommages de Fractale [texte imprimé] / Cao, Maosen, Auteur ; Ren, Qingwen, Auteur ; Qiao, Pizhong . - 924-931 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) . - 924-931 p. Mots-clés : Damage  Concrete  structures  Concrete  Reinforced  Damages  Assessments  Fractals  Dommages  Structures  en  béton  Béton  armé  Evaluations  Fractales Index. décimale : 621.34/624 Résumé : Nondestructive damage assessment of civil engineering structures has become a focus of increasing interest for recent decades. Its core is to extract effective damage characteristic information capable of reflecting structural damage status. In this study, fractal theory is adopted to extract the fractal damage characteristic factors of a reinforced concrete structure by characterizing its surface-crack distributions. The concentrated and even load spaces are generalized as applicable spaces for employing fractal-to-structural damage assessment. As demonstrated in the damage assessment of reinforced concrete beams under four-point bending and aged crossbeams of an operation bridge in a sluice, the surface-crack distributions of reinforced concrete structures exhibit monofractal character in the concentrated load space, and multifractal character in the even load space. The physical damage interpretations of the extracted monofractal and multifractal damage characteristic factors in the respective load spaces are then established by analyzing the correlations between the monofractal dimension and the natural frequency, and between the multifractal singular spectrum and the average carbonized depth and residual material intensity, respectively. The closely linear fitting relationships between the fractal quantities and traditional damage characteristic factors indicate that the fractal (i.e., monofractal and multifractal) quantities can serve as viable and novel damage characteristic factors in the online damage assessment of concrete structures. It is significant that the proposed fractal damage characteristic factors overcome some disadvantages of traditional damage characteristic factors in practical applications, and they extend the technique of fractal into the meaningful damage assessment of reinforced concrete materials. L'Evaluation de dommages non destructive des structures de génie civil est devenue un centre d'intérêt croissant pendant des décennies récentes. Son noyau doit extraire l'information caractéristique de dommages efficaces capable de refléter le statut structural de dommages. Dans cette étude, la théorie de fractale est adoptée pour extraire les facteurs caractéristiques de dommages de fractale d'une structure en béton renforcée en caractérisant ses distributions de surface-fente. Concentrée et même les espaces de charge sont généralisés comme les espaces applicables pour utiliser l'évaluation de dommages de fractale-to-structural. Comme démontré dans l'évaluation de dommages des faisceaux concrets renforcés sous le recourbement de quatre-point et des traverses âgées d'un pont d'opération dans une écluse, les distributions de surface-fente des structures en béton renforcées montrent le caractère monofractal dans l'espace concentré de charge, et le caractère multifractal dans l'espace égal de charge. Les interprétations physiques de dommages des facteurs caractéristiques extraits de dommages monofractal et multifractal dans les espaces respectifs de charge sont alors établies en analysant les corrélations entre la dimension monofractal et la fréquence normale, et entre le spectre singulier multifractal et l'intensité matérielle carbonisée moyenne de profondeur et résiduelle, respectivement. Les rapports convenables étroitement linéaires les facteurs caractéristiques entre les quantités de fractale et dommages traditionnels indiquent que les quantités de fractale (c.-à-d., monofractal et multifractal) peuvent servir de facteurs caractéristiques viables et de roman de dommages dans l'évaluation de dommages en ligne des structures en béton. Il est significatif que les facteurs caractéristiques proposés de dommages de fractale surmontent quelques inconvénients des facteurs caractéristiques de dommages traditionnels dans des applications pratiques, et ils prolongent la technique de la fractale dans l'évaluation de dommages signicative des matériaux concrets renforcés. En ligne : cmszhy@163.com, qingwenren@163.com, qiao@wsu.edu