Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1889-1900
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1995
In this study, a large deflection analysis of a plane frame composed of a thin-walled tube in investigated. When bent, a thin-walled tube is usually controlled by local buckling and subsequent bending collapse of the section. So load resistance reaches the yield level in a thin-walled rectangular tube. This relationship can be divided into three regimes : elastic, post-buckling and crippling. In this paper, this relationship is theoretically presented to be capable of describing nonlinearities and a stiffness matrix is derived by introducing a compound beam-spring element. A numerical analysis uses a constant incremental energy method and the solution is obtained by modifying stiffness matrix at elastic/inelastic stage. This analytical results, load-deflection paths show a good agreement with the test results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.2
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pp.141-154
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1993
In this paper, a method to calculate the ultimate compressive strength of welded one-sided stiffened plates simply supported along all edges is proposed. At first initial imperfections such as distortions and residual stresses due to welding are predicted by using simplified methods. Then, the collapse modes of the stiffened plate are assumed and collapse loads for each mode are calculated. Among these loads, the lowest value is selected as the ultimate strength of the plate. Collapse modes are assumed as follows ; (1) Overall buckling of the stiffened plate$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener bending (2) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener yielding (3) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener berthing (4) Local buckling of the plate part$\rightarrow$Local collapse of the plate part$\rightarrow$Overall collapse due to stiffener tripping. The elastic large deflection analysis based on the Rayleigh-Ritz method is carried out, and plastic analysis assuming hinge lines is also carried out. Collapse load is defined as the cross point of the two analysis curves. This method enables the utimate strength to be calculated with small computing time and a good accuracy. Using the present method, characteristics of the stiffener including torsional rigidity, bending and tripping can also be clarified.
In this paper a practical limit load estimating procedure is proposed for general pipe-elbow structures subjected to complex loading (in-plane and out-of-plane bending, internal pressure and axial force). The explicit calculating formulae are presented on the basis of theoretical analysis combined with numerical simulation. Von Mises' yield criterion is adopted in both analytical and numerical calculation. The finite element examination shows that the method provides a simple but satisfactory prediction of pipe structures in engineering plastic analysis.
Chen, Chang Hong;Zhu, Yan Fei;Yao, Yao;Huang, Ying
Steel and Composite Structures
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v.21
no.3
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pp.553-571
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2016
The progressive collapse potential of steel moment framed structures due to abrupt removal of a column is investigated based on the energy principle. Based on the changes of component's internal energy, this paper analyzes structural member's sensitivity to abrupt removal of a column to determine a sub-structure resisting progressive collapse. An energy-based structural damage index is defined to judge whether progressive collapse occurs in a structure. Then, a simplified beam damage model is proposed to analyze the energies absorbed and dissipated by structural beams at large deflections, and a simplified modified plastic hinges model is developed to consider catenary action in beams. In addition, the correlation between bending moment and axial force in a beam during the whole deformation development process is analyzed and modified, which shows good agreement with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.4
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pp.402-409
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2004
The purpose of this study is to investigate the effect of local wall thinning on the collapse of elbow subjected to internal pressure and bending moment. Thus, the nonlinear three-dimensional finite element analyses were performed to obtain the collapse moment of elbow containing various wall thinning defects located at intrados and extrados under two loading modes (closing and opening modes) with internal pressure. From the results of analysis, the effect of wall thinning defect on the global moment-rotation behavior of elbow was discussed, and the dependence of collapse moment of elbow on wall thinning depth, length, and circumferential angle was investigated under different loading mode and defect location.
An efficient finite element method has been introduced for analysis of metallic sandwich plates subject to bending moment. A full model 3-point bending FE-analysis shows that the plastic behavior of inner structures appears only at the load point. The unit structures of sandwich plates are defined to numerically calculate the bending stiffness and strength utilizing the recurrent boundary condition for pure bending analysis. The equivalent models with the same bending stiffness and strength of full models are then designed analytically. It is demonstrated that the results of both models are almost the same and the FE-analysis method incorporating the equivalent models can reduce the computation time effectively. The dominant collapse modes are face buckling and face yielding. Since the inner dimpled structures prevent face buckling, sandwich plates with inner dimpled shell structure can absorb more energy than other types of sandwich plates during the bending behavior.
The collapse behavior observed in single-story beam-column assembly (SSBCA) do not accurately represent the actual overall stress characteristic of multi-story frame structure (MSFS) under column loss scenario owing to ignoring the interaction action among different stories, leading to a disconnection between the anti-collapse behaviors of "components" and "overall structures", that is, the anti-collapse performance of frame structures with two different structural scales has not yet formed a combined force. This paper conducts a numerical and theoretical study to explore the difference of the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS, and further to reveal the internal force relationships and boundary constraints at beam ends of models SSBCA and MSFS. Based on the previous experimental tests, the corresponding refined numerical simulation models were established and verified, and comparative analysis on the resistant-collapse performance was carried out, based on the validated modeling methods with considering the actual boundary constraints, and the results illustrates that the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS is not a simple multiple relationship. Through numerical simulation and theoretical analysis, the development laws of internal force in each story beam under different boundary constraints was clarified, and the coupling relationship between the bending moment at the most unfavorable section and axial force in the composite beam of different stories of multi story frames with weld cover-plated flange connections was obtained. In addition, considering the effect of the yield performance of adjacent columns on the anti-collapse bearing capacities of the SSBCA and MSFS during the large deformation stages, the calculation formula for the equivalent axial stiffness at the beam ends of each story were provided.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.4
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pp.47-57
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1988
A new discrete method using idealized rigid body-spring model is introduced. This rigid element method is known to be more efficient and accurate than the finite element method in the inelastic range of structural analysis owing to simplified stress-strain and strain-displacement relations This kind of physical concept using idealized rigid model has been already applied among structural engineers to some problems such as rigid-plastic analysis or plastic design considering rigid bodies and plastic hinges. However the most rigorous and systematic research has been recently performed by T. Kawai et al.[1]. In this paper, an attempt is made to analyze the collapse behavior of stiffened plates under lateral loading by some modification and expansion of Kawai's rigid element approach to the collapse of plates without stiffener. Stiffened plates are treated as orthotropic plates which have equivalent bending rigidities. By employing Morley's plate element resubdivision technique, variety is given to mesh-division styles which have greate effect on the accuracy of numerical results. Some examples are shown to verify the validity of applying rigid element method to the ultimate strength analysis of stiffened plates. It is clarified that lateral deflections and detailed collapse patterns up to the ultimate state of stiffened plates can be easily obtained by the present approach.
Kim Woo-sik;Shim Do-jun;Choi Jae-boong;Baek Jong-hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1483-1491
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2004
To assess the integrity of the pipeline is the most important problem to be solved first of all for prevention of any fracture accident of the pipeline. As a result of exerting such efforts, a number of plastic collapse assessment equations have been suggested, however, the scope of using or applying such assessment equations has not been exactly defined. In this study, the case that a surface crack existed in the circumferential direction in the external side of the natural gas pipeline and a bending load was applied to the pipeline was analytically identified as the most critical condition, and a plastic collapse assessment equation fur it was suggested. The flow stress of the API X65 linepipe was defined through the experiment conducted on SENT specimens. Also, a local assessing criterion of a 3-dimensional crack behavior considering not only the crack depth but also the crack length was suggested. Finally, a plastic collapse assessment equation for the API X65 linepipe was developed by performing the 3-dimensional finite element analysis.
Local buckling behaviors of aluminum square tube beams reinforced by aluminum plates under three point bending loads have been analyzed using experimental tests combined with theoretical and finite element analyses. For this analysis true stresses were determined from applied loads and cross-sectional area records of a tensile specimen with a rectangular cross-section by real-time photographing. True strains were also obtained from in-situ local elongation measurements of the specimen gage portion by the multi-point scanning laser extensometer. Six kinds of aluminum tube beam specimens reinforced by aluminum plates were employed for the bending test. The bending deformation behaviors up to the maximum load analyzed by the numerical simulation agreed well with experimental ones. After passing the maximum load, reinforcing plate hindering the local buckling of the tube beam was debonded from the aluminum tube beam. An aluminum tube beam strengthened by aluminum plate on the upper web showed the most excellent bending capacity, which could be explained on the basis of the neutral axis shift and the local buckling deformation range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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