Conoidal shells are doubly curved stiff surfaces which are easy to cast and fabricate due to their singly ruled property. Application of laminated composites in fabrication of conoidal shells reduces gravity forces and mass induced forces compared to the isotropic constructions due to the high strength to weight ratio of the material. These light weight shells are preferred in the industry to cover large column free open spaces. To ensure design reliability under service conditions, detailed knowledge about different behavioral aspects of conoidal shell is necessary. Hence, in this paper, static bending, free and forced vibration responses of composite conoidal shells are studied. Lagrange's equation of motion is used in conjunction with Hamilton's principle to derive governing equations of the shell. A finite element code using eight noded curved quadratic isoparametric elements is developed to get the solutions. Uniformly distributed load for static bending analysis and three different load time histories for solution of forced vibration problems are considered. Eight different stacking sequences of graphite-epoxy composite and two different boundary conditions are taken up in the present study. The study shows that relative performances of different shell combinations in terms of static behaviour cannot provide an idea about how they will relatively behave under dynamic loads and also the fact that the points of occurrence of maximum static and dynamic displacement may not be same on a shell surface.
Padewska-Jurczak, Agnieszka;Szczepaniak, Piotr;Bulinski, Zbigniew
Wind and Structures
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v.30
no.1
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pp.15-27
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2020
This paper reports the study on development and verification of numerical models and analyzes of flow at high speed around structural elements in the shape of a curved pipe (e.g., a fragment of a water slide). Possibility of engineering estimation of wind forces acting on an object in the shape of a helix is presented, using relationships concerning toroidal and cylindrical elements. Determination of useful engineering parameters (such as aerodynamic forces, pressure distribution, and air velocity field) is presented, impossible to obtain from the existing standard EN 1991-1-4 (the so-called wind standard). For this purpose, flow at high speed around a torus and helix, arranged both near planar surface and high above it, was analyzed. Analyzes begin with the flow around a cylinder. This is the simplest object with a circular cross-section and at the same time the most studied in the literature. Based on this model, more complex models are analyzed: first in the shape of half of a torus, next in the shape of a helix.
In this paper, we present the scattering characteristics of infinite and finite array using method of moment (MoM) with Floquet harmonics and asymptotic waveform evaluation (AWE) technique. First, infinite cylindrical dipole array is analyzed using the MoM with entire domain basis function and cylindrical Floquet harmonics. To provide the validity of results, we fabricated the cylindrical dipole array and measured the transmission characteristics. The results show good agreements. Second, we analyzed the scattering characteristics of finite array. A large simulation time is needed to obtain the scattering characteristics of finite array over wide frequency range because Floquet harmonics can't be applied. So, we used the MoM with AWE technique using Taylor series and Pade approximation to overcome the shortcomings of conventional MoM. We calculated the radar cross section (RCS) as scattering characteristics using the proposed method in this paper and the conventional MoM for finite planar slot array, finite spherical slot array, and finite cylindrical dipole array, respectively. The compared results agree well and show that the proposed method in this paper is good for electromagnetic analysis of finite FSS.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.109-119
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2012
For membrane structure, there are three main steps in design and construction, which are form finding, statistical load analysis, and cutting patterning. Unlike the first two stages, the step of cutting pattern involves the translation of a double-curved surface in 3D space into a 2D plane with minimal error. For economic reasons, the seam lines of generated cutting patterns rely greatly on the geodesic line. Generally, as searching regions of the seam line are plane elements in the step of shape analysis, the seam line is not a smooth curve, but an irregularly divided straight line. So, it is how we make an irregularly divided straight line a smooth curve that defines the quality of the pattern. Accordingly, in this paper, we analyzed interpolation schemes using spline, and apply these methods to cutting pattern generation on the curved surface. To generate the pattern, three types of spline functions were used, i.e., cubic spline function, B-spline, and least-square spline approximation, and simple model and the catenary-shaped membrane was adopted to examine the result of generation. The result of comparing the approximation curves by the number of elements and the number of extracted nodes of simple model revealed that the seam line for less number of extracted nodes with large number of elements were more efficient, and the least-square spline approximation provided smoother seam line than other methods.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.1
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pp.61-67
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2020
In the era of the Fourth Industrial Revolution, Various attempts are being made to converge new industries with IT industry to find new growth engines in the field of IT, maximizing efficiency in terms of productivity. 3D printers are also related to this, and various studies have been conducted worldwide to utilize them in the construction industry. At present, there is an active effort to study atypical structures using 3D printers. The most widely used method is the use of glass panels, however, the additional cost of the manufacturing process and thus the overall project cost cannot be ignored. In addition, the construction of the curvature of the existing two-way curved surface in the conventional flat joint method is not suitable for implementing an amorphous shape. In this paper, we propose an optimized shape through Abaqus analysis of various shapes of Space Truss interior using 3D printing technology using polymer.
Kim, Dong-Seop;Jo, Sang-Hyeon;Hwang, Un-Bong;Lee, Jung-Hui
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.35-38
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2005
The Objective of this work was to design Composite Antenna Structures (CAS) and investigate impact behavior of CAS which was various curvature. This term, CAS, indicates that structural surface becomes antenna. Constituent materials were selected considering electrical properties, dielectric constants and tangent loss as well as mechanical properties. For the antenna performance, microstrip antenna layers inserted into structural layers were designed for satellite communication at the resonant frequency of 12.5 GHz and final demonstration article was. After making five kinds of curved CAS, which radii of curvature are flat, 200, 150, 100, 50 mm. The antenna performance changed in accordance with variation of curvature. The Reflection coefficient was independent of curvature but the gain decreased with the radius of curvature. The impact test equipment was Dyna-8250 drop weight tester. The impact characteristic in accordance with curvature is maximum absorb energy is same each other. The impact energy was 8.5 J. For various Impact energy test, five energy levels 3 J, 5 J, 7 J, 10 J, 20 J were used. The performance of impact damaged antenna was estimated by measuring the return loss and the radiation pattern. It was revealed that the performance of antenna was not related to the impact damage. Because the impactor did not damage the patch directly. CAS have good impact stability for the antenna performance.
Kim, Jeong-In;Lee, Sun-Joong;Kim, Kwan-Soo;Lee, Jae-Eun;Sa, Jin-Hyun;Kim, Ji-Soo
The Journal of Engineering Geology
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v.31
no.3
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pp.269-281
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2021
Land creeping is the imperceptibly slow, steady, downward movement o f slope-forming soil or rock. Because creep-related failures occur frequently on a large scale without notice, they can be hazardous to both property and human life. Korea Forest Service has operated the prevention and response system from land creeping which has been on the rise since 2018. We categorized and proposed three survey steps (e.g., preliminary, regional, detailed) for investigation of creeping susceptibility site with a focus on geophysical mapping of a selected test site, Yongheung-dong, Pohang, Korea. The combination of geophysical (dipole-dipole electrical resistivity tomography and reciprocal seismic refraction technique, well-logging), geotechnical studies (standard penetrating test, laboratory tests), field mapping (tension cracks, uplift, fault), and comprehensive interpretation of their results provided the reliable information of the subsurface structures including the failure surface. To further investigate the subsurface structure including the sliding zone, we performed high-resolution geophysical mapping in addition to the regional survey. High-resolution seismic velocity structures are employed for stability analysis because they provided more simplified layers of weathering rock, soft rock, and hard rock. Curved slip plane of the land creeping is effectively delineated with a shape of downslope sliding and upward pushing at the apex of high resistive bedrock in high-resolution electrical resistivity model with clay-mineral contents taken into account. Proposed survey steps and comprehensive interpretation schemes of the results from geological, geophysical, and geotechnical data should be effective for data sets collected in a similar environment to land-creeping susceptibility area.
A Spatial structure, having a curvature with a curved surface, is an extremely efficient mechanical creation considering the external load. It is resisted the out-of-plane direction load by in-plane forces using the structure's curvature. Spatial Structures include many types of structures, such as: space frames or grids; cable-and-strut and tensegrity; air-supported or air-inflated; self-erecting and deployable; cable net; tension membrane; lightweight geodesic domes; folded plates; and thin shells. Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. It is very important that effects by wind load than seismic and dead load. And, wind load is different by surrounding and shape of building In this study, we analyze the results of design wind load and wind tunnel tests about the 2 stadiums which are constructed on sensitive sites by effect of wind loads.
A rotational pulse-echo ultrasonic propagation imager that can inspect cylindrical specimens for material nondestructive evaluations is proposed herein. In this system, a laser-generated ultrasonic bulk wave is used for inspection, which enables a clear visualization of subsurface defects with a precise reproduction of the damage shape and size. The ultrasonic waves are generated by a Q-switched laser that impinges on the outer surface of the specimen walls. The generated waves travel through the walls and their echo is detected by a Laser Doppler Vibrometer (LDV) at the same point. To obtain the optimal Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the measured signal, the LDV requires the sensed surface to be at a right angle to the laser beam and at a predefined constant standoff distance from the laser head. For flat specimens, these constraints can be easily satisfied by performing a raster scan using a dual-axis linear stage. However, this arrangement cannot be used for cylindrical specimens owing to their curved nature. To inspect the cylindrical specimens, a circular scan technology is newly proposed for pulse-echo laser ultrasound. A rotational stage is coupled with a single-axis linear stage to inspect the desired area of the specimen. This system arrangement ensures that the standoff distance and beam incidence angle are maintained while the cylindrical specimen is being inspected. This enables the inspection of a curved specimen while maintaining the optimal SNR. The measurement result is displayed in parallel with the on-going inspection. The inspection data used in scanning are mapped from rotational coordinates to linear coordinates for visualization and post-processing of results. A graphical user interface software is implemented in C++ using a QT framework and controls all the individual blocks of the system and implements the necessary image processing, scan calculations, data acquisition, signal processing and result visualization.
Inner Structured and Bonded(ISB) panel, a kind of metallic sandwich panel, consists of two thin skin plates bonded to a micro-patterned inner structure. Its overall thickness is $1\~3mm$and it has attractive properties such as ultra-lightweight, high efficiency in stiffness-to-weight and strength-to-weight ratio. In many previous studies, resistance welding, brazing and adhesive bonding are studied for joining the panel. However these methods did not consider productivity, but focused on structural characteristics of joined panels, so that the joining process is very complicated and expensive. In this paper, a new joining process with resistance welding is developed. Curved surface electrodes are used to consider the productivity and the stopper is used between electrodes during welding time to maintain the shape of inner structure. Welding time, gap of electrodes and distance between welding points are selected as the process parameters. By measuring the tensile load with respect to the variation of welding time and gap of electrodes, proper welding conditions are studied. Welding time is proper between 1.5-2.5cycle. If welding time is too long, then inner structures are damaged by overheating. Gap of electrode should be shorter than threshold value fur joint strength, when total thickness of inner structure and skin plate is 3.3mm, the threshold distance is 3.0mm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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