This paper presents the analytical investigation pertaining to the local buckling behavior of orthotropic open section thin-walled compression members with asymmetric edge stiffeners. In the analysis, 3 different cases of the second moment of inertia are considered to find the asymmetric edge stiffener effect on the local buckling strength. The analytical study results are presented in the graphical form so that the edge stiffener effects on the local buckling strength can be easily found.
Application of "advanced analysis" methods suitable for non-linear analysis and design of steel frame structures permits direct and accurate determination of ultimate system strengths, without resort to simplified elastic methods of analysis and semi-empirical specification equations. However, the application of advanced analysis methods has previously been restricted to steel frames comprising only compact sections that are not influenced by the effects of local buckling. A concentrated plasticity method suitable for practical advanced analysis of steel frame structures comprising non-compact sections is presented in this paper. The pseudo plastic zone method implicitly accounts for the effects of gradual cross-sectional yielding, longitudinal spread of plasticity, initial geometric imperfections, residual stresses, and local buckling. The accuracy and precision of the method for the analysis of steel frames comprising non-compact sections is established by comparison with a comprehensive range of analytical benchmark frame solutions. The pseudo plastic zone method is shown to be more accurate and precise than the conventional individual member design methods based on elastic analysis and specification equations.
The buckling of two elastic layers bonded to a semi-infinite substrate under a transverse compressive plane strain is investigated. Incremental deformation theory is employed to describe the buckling behavior of both two isotropic layers and the semi-infinite substrate. The problem is converted to an eigenvalue-eigenvector case, from which the critical buckling strain and the wavelength of the buckled shape are obtained. The results are presented on the effects of the layer geometries and material properties on the buckling behavior.
Despite the increasing necessity of accurate estimation of ring-stiffened cylinders' ultimate strength, the complex structural behavior of cylinders has made their design mainly depend on empirical formulas mostly based on insufficient test data rather than theoretical background. This paper has developed the imperfection method which enables the ultimate strength analysis of buckling sensitive structures by combining two general functions of common commercial finite element softwares, linear elastic buckling analysis and nonlinear stress analysis. Developed method was applied to two of the world most renowned commercial softwares, MSC/NASTRAN and ABAQUS, for the analysis of ring-stiffened cylinders and unexpectedly big difference in their analysis results was found. This tells that many widely used commercial softwares has their different strong points and week points and the choice of commercial software should be cautiously made after thorough inspection. This paper ends with some useful information about which of the aforementioned two softwares is more appropriate respectively for linear elastic buckling analysis and ultimate strength analysis of ring-stiffened cylinders.
Despite the increasing necessity of accurate estimation of ring-stiffened cylinders'ultimate strength, the complex structural behavior of cylinders has made their design mainly depend on empirical formulas mostly based on limited test data rather than theoretical background. This paper has developed the imperfection method which enables the ultimate strength analysis of buckling-sensitive structures by combining two separate functions covered by common commercial finite element softwares, which are linear elastic buckling analysis and nonlinear stress analysis. Developed method was applied to two of the world most renowned softwares, MSC/NASTRAN and ABAQUS, for the analysis of ring-stiffened cylinders and unexpectedly big difference in their analysis results was found. This tells that many widely used commercial softwares have their different strong points and weak points and the choice of commercial software should be cautiously made after thorough inspection. This paper ends with some useful information about which of the two aforementioned softwares is more respectively for the linear elastic buckling analysis and the ultimate strength analysis of ring-stiffened cylinders.
A method for computing the elastic buckling prestressing force of a post-tensioned composite steel-concrete tee-beam is presented. The method is based on a virtual work formulation, and incorporates the restraint provided by the concrete slab to the buckling displacements of the steel beam. The distortional buckling solutions are shown to be given by a quadratic equation. The application of the analysis to calculation buckling strengths is given, based on codified rules for beam-columns. Conclusions are then drawn on the importance of distortional buckling when a post-tensioned composite beam is stressed during jacking.
In the hogging bending moment area, continuous composite beams are subjected to the ultimate limit state of lateral-torsional buckling (LTB), which depends on web stiffness as well as concrete slab and shear connection stiffnesses. The design of the LTB and the determination of the elastic critical moment are produced approximately, using the European Standard EN 1994-1-1:2004, for continuous composite steel beams, but is applicable only for those with a plane web steel profile. Also, and from the previous researches, the elastic critical moment of the continuous composite beams with corrugated sinusoidal web steel profiles was determined. In this paper, a finite element analysis (FEA) model was developed using the ANSYS 16 software, to determine the elastic critical moments of continuous composite steel beams with various corrugated web profiles, such as trapezoidal, zigzag, and rectangular profiles, which were evaluated against numerical data of the sinusoidal one from the literature. Ultimately, the failure load of a composite steel beam with various web profiles was predicted by studying 46 models, based on FEA modeling, and a procedure for predicting the elastic critical moment of composite beams with various web steel profiles was proposed. When compared to sinusoidal web profiles, the trapezoidal, zigzag, and rectangular web profiles required an average increase in load capacity and stiffness of 7%, 17.5%, and 28%, respectively, according to the finite element analysis. Also, the rectangular web steel profile has a greater stiffness and load capacity. In contrast, the sinusoidal web has lower values for these characteristics.
Shahbazi, Yaser;Delavari, Ehsan;Chenaghlou, Mohammad Reza
Smart Structures and Systems
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제13권1호
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pp.81-98
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2014
This paper presents the elastic buckling of smart lightweight column structures integrated with a pair of surface piezoelectric layers using artificial intelligence. The finite element modeling of Smart lightweight columns is found using $ANSYS^{(R)}$ software. Then, the first buckling load of the structure is calculated using eigenvalue buckling analysis. To determine the accuracy of the present finite element analysis, a compression study is carried out with literature. Later, parametric studies for length variations, width, and thickness of the elastic core and of the piezoelectric outer layers are performed and the associated buckling load data sets for artificial intelligence are gathered. Finally, the application of soft computing-based methods including artificial neural network (ANN), fuzzy inference system (FIS), and adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) were carried out. A comparative study is then made between the mentioned soft computing methods and the performance of the models is evaluated using statistic measurements. The comparison of the results reveal that, the ANFIS model with Gaussian membership function provides high accuracy on the prediction of the buckling load in smart lightweight columns, providing better predictions compared to other methods. However, the results obtained from the ANN model using the feed-forward algorithm are also accurate and reliable.
For a stability design of steel frames, AISC-LRFD specification recommend to use Alignment Chart and story-based methods in order to determine an effective budding length. Recently, elastic buckling analysis, which is the method that calculate the effective length of members using eigenvalue of the overall structure, has been widely used in practical design of steel frames because this method can be performed effectively and automatically by computers. However, it can in some cases lead to unexpectedly large effective length in column having small axial forces. Therefore, this paper propose a method using elastic buckling analysis, which estimate a proper effective buckling length for all members having a small axial force. For verification of proposed method, it is compared with system based approach and stiffness distribution factor method. As a result, proposed method can rationally solve a problem in some case of column having small axial force. Also, adoption range for proposed method is established.
본 논문에서는 축방향 압축하중을 받는 다퐁간분리된 적층 보-기둥의 자유진동과 좌팔에 대한 해석을 수행하였다. 다층간분리된 적층 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중에 대한 층간분리의 영향을 조사하기 위해 층간분리의 양단에서 기울기와 곡률이 일정하다는 가정을 적용하여 일반적인 운동학적 연속 조건을 유도하였다. 전체 다층간분리된 보-기둥을 부분으로 분할하고, 연속조건에 따른 반복관계를 각 하부 보-기둥에 부과함으로써 다층간분리된 보-기둥의 특성방정식을 구하였다. 축방향 증분 압축 하중에 따른 다층간분리된 보-기둥의 고유진동수와 탄성 좌굴 하중을 구하였으며 이는 손상되지 않은 적층 보-기둥의 최대 탄성 좌굴 하중에 한정된다 연구를 통하여 층간분리의 크기, 위치, 수가 고유진동수와 특히 탄성 좌굴 하중에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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