Recently, new keywords such as "Resilience" and "Repairability" have been discussed from the perspective of the sustainability of damaged structures after a severe disaster. To evaluate the repairability and recovery of structures, it is necessary to establish an analytical method that can simulate the behavior of repaired structures. Furthermore, it is desirable to establish an evaluation method for the structural performance of repaired structures. This study investigates the repairability and recovery of steel members that are damaged by local buckling or cracks. This paper suggests a simple analytical model for repaired steel members, in order to simulate the inelastic behavior and evaluate the recoverability of the structural performance. There is good agreement between the analytical results and the test results. The proposed analytical method and model can effectively evaluate the recoverability.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.7
s.124
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pp.605-610
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2007
In this paper a dynamic behavior(natural frequency) of a cracked cantilever beam subjected to follower force is presented. In addition, an analysis of the flutter and buckling instability of a cracked cantilever beam subjected to a follower compressive load is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion can be constructed by using the Lagrange's equation. The vibration analysis on such cracked beam is conducted to identify the critical follower force for flutter instability based on the variation of the first two resonant frequencies of the beam. Besides, the effect of the crack's intensity and location on the flutter follower force is studied. The crack section is represented by a local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. The crack is assumed to be in the first mode of fracture and to be always opened during the vibrations.
Kim, Do Kyun;Poh, Bee Yee;Lee, Jia Rong;Paik, Jeom Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.2
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pp.247-259
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2018
In this study (Part I), an advanced empirical formulation was proposed to predict the ultimate strength of initially deflected steel plate subjected to longitudinal compression. An advanced empirical formulation was proposed by adopting Initial Deflection Index (IDI) concept for plate element which is a function of plate slenderness ratio (${\beta}$) and coefficient of initial deflection. In case of initial deflection, buckling mode shape, which is mostly assumed type in the ships and offshore industry, was adopted. For the numerical simulation by ANSYS nonlinear finite element method (NLFEM), with a total of seven hundred 700 plate scenarios, including the combination of one hundred (100) cases of plate slenderness ratios with seven (7) representative initial deflection coefficients, were selected based on obtained probability density distributions of plate element from collected commercial ships. The obtained empirical formulation showed good agreement ($R^2=0.99$) with numerical simulation results. The obtained outcome with proposed procedure will be very useful in predicting the ultimate strength performance of plate element subjected to longitudinal compression.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Zenkour, Ashraf M.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.255-269
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2017
Free vibration analysis is presented for a simply-supported, functionally graded piezoelectric (FGP) nanobeam embedded on elastic foundation in the framework of third order parabolic shear deformation beam theory. Effective electro-mechanical properties of FGP nanobeam are supposed to be variable throughout the thickness based on power-law model. To incorporate the small size effects into the local model, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Analytical solution is implemented to solve the size-dependent buckling analysis of FGP nanobeams based upon a higher order shear deformation beam theory where coupled equations obtained using Hamilton's principle exist for such beams. Some numerical results for natural frequencies of the FGP nanobeams are prepared, which include the influences of elastic coefficients of foundation, electric voltage, material and geometrical parameters and mode number. This study is motivated by the absence of articles in the technical literature and provides beneficial results for accurate FGP structures design.
The research described in this paper investigates the seismic behaviour of lightly reinforced concrete (RC) bearing sandwich panels, heavily conditioned by shear deformation. A numerical model has been prepared, within an open source finite element (FE) platform, to simulate the experimental response of this emerging structural system, whose squat-type geometry affects performance and failure mode. Calibration of this equivalent mechanical model, consisting of a group of regularly spaced vertical elements in combination with a layer of nonlinear springs, which represent the cyclic behaviour of concrete and steel, has been conducted by means of a series of pseudo-static cyclic tests performed on single full-scale prototypes with or without openings. Both cantilevered and fixed-end shear walls have been analyzed. After validation, this numerical procedure, including cyclic-related mechanisms, such as buckling and subsequent slippage of reinforcing re-bars, as well as concrete crushing at the base of the wall, has been used to assess the capacity of two- and three-dimensional low- to mid-rise box-type buildings and, hence, to estimate their strength reduction factors, on the basis of conventional pushover analyses.
Masonry walls are sometimes removed in buildings to either make new passages or increase the usable space. This may change the loading paths in the structure, and require new beams to transfer the loads which are carried by the masonry walls that are to be removed. One possible method of creating such new beams is to attach steel plates onto part of the existing walls to form a steel plate-masonry composite (SPMC) beam, leading to a new structure with part of the masonry wall supported by a new SPMC beam. This paper presents an experimental investigation into the interaction between the SPMC beam and the masonry wall above. Five SPMC beams supporting a masonry wall were tested to study the influence of parameters including the height-to-span ratio of the masonry wall, height of the beam and thickness of the steel plates. The test results, including failure mode, load-carrying capacity, load-deflection curves and strain distribution, are presented and discussed. It is found that for developing better arching effect in the masonry wall the ratio of the in-plane flexural stiffness of the masonry wall to the flexural stiffness of the SPMC beam must be between 2.8 and 7.1.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.922-927
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2006
There is a concern with worldwide deterioration of highway bridges, particularly reinforced concrete. The advantages of fibre reinforced plastic(FRP) composites over conventional materials motivate their use in highway bridges for replacement of structures. Recently, an FRP deck has been installed on a state highway, located in New York State, as an experimental project. In this paper, a systematic approach for analysis of this FRP deck bridge is presented. Multi-step linear numerical analyses have been performed using the finite element method to study the structural behavior and the possible failure mechanism of the FRP deck-superstructure system Deck's self-weight and ply orientations at the interface between steel girders and FRP deck are considered in this study. From this research, the results of the numerical analyses were corroborated with field test results. Analytical results reveal several potential failure mechanism for the FRP deck and truss bridge system The results presented in this study may be used to propose engineering design guideline for new and replacement FRP bridge deck structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4_1
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pp.23-32
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1992
The objective of this study is to identify the quantitative relationships among the important physical factors associated with failure of steel members under strong seismic excitations through very low-cycle fatigue tests. Very low-cycle fatigue is meant to be structural fatigue causing cracks and rupture in about 5~30 cycle ranges. The angle specimen was subjected to repeated axial Ioad after undergoing inelastic buckling. The test results reveal that the energy absorption capacities vary heavily with the history of loading and the failure mode. The maximum values of residual local strain at the initiation of a visible crack due to the very low-cycle fatigue were of the order of 25~40%, regardless of loading patterns, deflection modes, and width-to-thickness ratios.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.31
no.1
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pp.34-44
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1998
Stainless steel is being used widely lor various purposes due to its good corrosion resistance. There has becn much research to produce colored stainless sterl by several methods. In this experiment, we coated TixN film on the SUS304 substrate with thc DC magnetron sputtering system and studied the internal structurc and adhesive strength of the films as a function of the coating conditions. Before lhe specimen was coated, a sputter etching was very effective in removing the$\delta$ Fe(BCC) phase as well as the contaminant and oxide layer as well as increasing rotghness. Five-stage failure mode appeared with increased scratch load with the TIN films coated on the SUS304 in this manner ; tensile failure-,conformal failure-,buckling failure->chipping failurc and spalling Failure. When the failure was terminated at the initial stage, the film will have good adhesion. But, if syalling failure has occurred at the initial scratch, then the adhesion will be poor. The interlayer between thc coated film and thc substratc was homogeneously adhcsive when the $\gamma'-Fe_4N$ phase wasn't detected in the XRD analysis and the adhesive strength only was reduced by surPace defects. But, when the ,$\gamma'-Fe_4N$N phasc was detected in the XRD analysis, the adhesive strength was very poor.
Tube hydroforming process is generally consisted with pre-bending, preforming and hydroforming processes. Among forming defects which may occur in tube hydroforming such as buckling, wrinkling and bursting, the wrinkling and bursting by local instability under excessive tensile stress mode were mainly caused by thinning phenomenon in the manufacturing process. Thus the accurate prediction and suitable evaluation of the thinning phenomenon play an important role in designing and producing the successfully hydroformed parts without any failures. In this work, the formability on hydroformed part for automobile, i.e. engine cradle, was evaluated using finite element analysis. The initial tube radius, loading path with axial feeding force and internal pressure, and preformed configuration after preforming process were considered as the dominant process parameters in total tube hydroforming process. The effects on these process parameters could be confirmed through the numerical experiments with respect to several kinds of finite element simulation conditions. The degree of enhancement on formability with each process parameters such as initial tube radius, loading path and preform configuration were also compared. Therefore, it is noted that the evaluation approach of the formability on hydroformed parts for lots of industrial fields proposed in this study will provide one of feasible methods to satisfy the increasing practical demands for the improvement of the formability in tube hydroforming processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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