Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.11
s.170
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pp.1886-1895
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1999
The delamination behavior of multidirectional carbon-fiber/epoxy composite laminates under 10NA intermediate and high rates of test, up to rate of about 11.4m s has been investigated using the double cantilever beam specimens. The mode I loading under rates above l.0m/s showed considerable dynamic effects on the load-time curves and thus higher values of the average crack velocity than that expected from a simple proportional relationship with the test rate. The modified beam analysis utilizing only the opening displacement and crack length exhibited an effective means for evaluating the dynamic fracture energy $G_{IC}$. Based on the assumption of constant flexural modulus, values of $G_{IC}$ at the crack initiation and arrest were decreased with an increase of the test rate up to 5.7m/s, but the maximum $G_{IC}$ was increased at 11.4m/s.
Alazwari, Mashhour A.;Abdelrahman, Alaa A.;Wagih, Ahmed;Eltaher, Mohamed A.;Abd-El-Mottaleb, Hanaa E.
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.583-597
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2021
This article develops a nonclassical model to analyze bending response of squared perforated microbeams considering the coupled effect of microstructure and surface stress under different loading and boundary conditions, those are not be studied before. The corresponding material and geometrical characteristics of regularly squared perforated beams relative to fully filled beam are obtained analytically. The modified couple stress and the modified Gurtin-Murdoch surface elasticity models are adopted to incorporate the microstructure as well as the surface energy effects. The differential equations of equilibrium including the Poisson's effect are derived based on minimum potential energy. Exact closed form solution is obtained for bending behavior of the proposed model considering the classical and nonclassical boundary conditions for both uniformly distributed and concentrated loads. The proposed model is verified with results available in the literature. Influences of the microstructure length scale parameter, surface energy, beam thickness, boundary and loading conditions on the bending behavior of perforated microbeams are investigated. It is observed that microstructure and surface parameters are vital in investigation of the bending behavior of perforated microbeams. The obtained results are supportive for the design, analysis and manufacturing of perforated nanobeams that commonly used in nanoactuators, nanoswitches, MEMS and NEMS systems.
In this paper, an analytical approach hwas been conductsed to clarify the relationships between the axial force and the deformation capacity of steel- encased reinforced- concrete beam-columns. The analytical model was defined as a cantilever. Several parameters influencing the inelastic performance of the beam-columns were selected, as follows: including encased steel area ratios, and sectional shapes of the encased steel, material strengths, and shear-span- to-depth ratios. The Analytical results of the analysis showed that the axial force had to have a maximum limit to ensure the stable behavior of a steel- encased reinforced- concrete beam-column when it was subjected to both axial and repeated lateral loading under a constant rotation angle amplitude. The maximum axial force of the beam-column to be resisted under cyclic lateral loading was defined as the stable-limit axial force to ensure the required rotation angle amplitude. The Analytical results of the analysis indicate that the stable-limit axial load ratio increases as the steel strength increases or as the compressive strength of the concrete decreases. The stable-limit axial load ratio decreases as the encased steel ' s sectional area increases in the case of a 1-shaped sections and it is almost not influenced by the steel sectional area in the case of a cross-shaped section.
An investigation of the nonlinear thermal buckling behavior of a nano-sized beam constructed from intelligent materials called piezo-magnetic materials has been presented in this article. The nano-sized beam geometry has been considered based on two assumptions: an ideal straight beam and an imperfect beam. For incorporating nano-size impacts, the nano-sized beam formulation has been presented according to nonlocal elasticity. After establishing the governing equations based on classic beam theory and nonlocal elasticity, the nonlinear buckling path has been obtained via Galerkin's method together with an analytical trend. The dependency of buckling path to piezo-magnetic material composition, electro-magnetic fields and geometry imperfectness has been studied in detail.
This paper describes a new type of replaceable fuse for moment resisting frames. Column-tree connections with beam splice connections are frequently preferred in the moment resisting frames since they eliminate field welding and provide good quality. In the column-tree connections, a part of the beam is welded to the column in the shop and the rest of the beam is bolted with the splice connection in the field. In this study, a replaceable reduced beam section (R-RBS) connection is proposed in order to eliminate welding process and facilitate assembly at the site. In the proposed R-RBS connection, one end is connected by a beam splice connection to the beam and the other end is connected by a bolted end-plate connection to the column. More importantly is that the proposed R-RBS connection allows the replacement of the damaged R-RBS easily right after an earthquake. Pursuant to this goal, experimental and numerical studies have been undertaken to investigate the performance of the R-RBS connection. An experimental study on the RBS connection was used to substantiate the numerical model using ABAQUS, a commercially available finite element software. Additionally, five different finite element models were developed to conduct a parametric study. The results of the analysis were compared in terms of the moment and energy absorption capacities, PEEQ, rupture and tri-axiality indexes. The design process as well as the optimum dimensions of the R-RBS connections are presented. It was also demonstrated that the proposed R-RBS connection satisfies AISC criteria based on the nonlinear finite element analysis results.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.141-155
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2014
The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites in strengthening reinforced concrete beam-column subassemblies has been scrutinised both experimentally and numerically in recent years. While a multitude of numerical models are available, and many match the experimental results reasonably well, there are not many studies that have looked at the efficiency of different finite elements in a comparative way in order to clearly identify the best practice when it comes to modelling FRP for strengthening. The present study aims at investigating this within the context of FRP retrofitted reinforced concrete beam-column subassemblies. Two programs are used side by side; ANSYS and VecTor2. Results of the finite element modeling using these two programs are compared with a recent experimental study. Different failure and yield criteria along with different element types are implemented and a useful technique, which can reduce the number of elements considerably, is successfully employed for modeling planar structures subjected to in-plane loading in ANSYS. Comparison of the results shows that there is good agreement between ANSYS and VecTor2 results in monotonic loading. However, unlike VecTor2 program, implicit version of ANSYS program is not able to properly model the cyclic behavior of the modeled subassemblies. The paper will be useful to those who wish to study FRP strengthening applications numerically as it provides an insight into the choice of the elements and the methods of modeling to achieve desired accuracy and numerical stability, a matter not so clearly explored in the past in any of the published literature.
This paper presents the results of a study on the capability of nonlinear quasi-static finite element modelling in simulating the hysteretic behaviour of CFRP and GFRP-retrofitted RC exterior beam-column joints under cyclic loads. Four specimens including two plain and two CFRP/GFRP-strengthened beam-column joints tested by Mahini and Ronagh (2004) and other researchers are modelled using ANSYS. Concrete in compression is defined by the modified Hognestad model and anisotropic multi-linear model is employed for modelling the stress-strain relations in reinforcing bars while anisotropic plasticity is considered for the FRP composite. Both concrete and FRP are modelled using solid elements whereas space link elements are used for steel bars considering a perfect bond between materials. A step by step load increment procedure to simulate the cyclic loading regime employed in the testing. An automatically reforming stiffness matrix strategy is used in order to simulate the actual seismic performance of the RC concrete after cracking, steel yielding and concrete crushing during the push and pull loading cycles. The results show that the hysteretic simulation for all specimens is satisfactory and therefore suggest that the numerical model can be used as an inexpensive tool to design of FRP-strengthened RC beam-column joints under cyclic loads.
The dynamic instability characteristics of laminated composite stiffened shell panels subjected to in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented to demonstrate the effects of various parameters like shell geometry, lamination scheme, stiffening scheme, static and dynamic load factors and boundary conditions, on the dynamic instability behaviour of laminated composite stiffened panels subjected to in-plane harmonic loads along the boundaries. The results of free vibration and buckling of the laminated composite stiffened curved panels are also presented.
Jae Hyun Kim;Seung-Ho Choi;Sun-Jin Han;Hoseong Jeong;Jae-Yeon Lee;Kang Su Kim
Earthquakes and Structures
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v.25
no.4
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pp.283-296
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2023
This paper presents experimental and numerical studies of seismic performance on reinforced concrete (RC) wide beam (WB) joints. Two RC-WB joint specimens and one conventional RC joint specimen were fabricated using the reinforcing details of longitudinal reinforcing bars in a beam as a variable, and quasi-static cyclic loading tests were performed. The results were used to compare and analyze the load-drift ratio relationship, failure mode, and seismic performance of the specimens quantitatively. In addition, a finite element (FE) analysis of the RC-WB joint was conducted, and the rationality of the FE model was validated by comparing it with the test results. Based on the FE model, a parametric study was conducted, where the ratio of longitudinal reinforcing bars placed on the outer and inner parts of the joint (𝜌ex/𝜌in) was a key variable. The results showed that, in the RC-WB joint, an increase of 𝜌ex/𝜌in leads to more severe damage to concrete, which reduces the seismic performance of the RC-WB joints.
Bilge, Habibullah;Doruk, Emre;Findik, Fehim;Pakdil, Murat
Steel and Composite Structures
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v.32
no.3
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pp.305-312
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2019
In this study, we investigated the effect of fatigue crack propagation of the beams which have a vital importance in engineering applications, on the natural frequency of the system. Beams which have a wide range of applications, are used as fundamental structural elements in engineering structures. Therefore, early detection of any damages in these structures is of vital importance for the prevention of possible destructive damages. One of the widely used methods of early detection of damages is the vibration analysis of the structure. Hence, it is of vital importance to detect and monitor any changes in the natural frequencies of the structure. From this standpoint, in this study we experimentally investigated the effect of fatigue crack propagation on beams produced from 4140 steel, of the natural frequency of the beam. A crack was opened on the $8{\times}16{\times}500mm$ beam using a 3 mm long and 0.25 mm wide wire erosion. The beam, then, underwent 3 point bending tests at 10 Hz with a dynamic fatigue device and its natural frequencies were measured in scheduled intervals and any changes taking place on the natural frequencies of the beam were measured. This data allowed us to identify and measure the crack occurring on the beam subjected to dynamic loading, during the propagation phase. This method produced experimental data. The experimental data showed that the natural frequency of the beam decreased with the propagation of the fatigue crack on the beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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