AL-Sadder, Samir Z.;Othman, Ra'ad A.;Shatnawi, Anis S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.24
no.6
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pp.647-664
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2006
In this study, an improved finite element formulation with a scheme of solution for the large deflection analysis of inextensible prismatic and nonprismatic slender beams is developed. For this purpose, a three-noded Lagrangian beam-element with two dependent degrees of freedom per node (i.e., the vertical displacement, y, and the actual slope, $dy/ds=sin{\theta}$, where s is the curved coordinate along the deflected beam) is used to derive the element stiffness matrix. The element stiffness matrix in the global xy-coordinate system is achieved by means of coordinate transformation of a highly nonlinear ($6{\times}6$) element matrix in the local sy-coordinate. Because of bending with large curvature, highly nonlinear expressions are developed within the global stiffness matrix. To achieve the solution after specifying the proper loading and boundary conditions, an iterative quasi-linearization technique with successive corrections are employed considering these nonlinear expressions to remain constant during all iterations of the solution. In order to verify the validity and the accuracy of this study, the vertical and the horizontal displacements of prismatic and nonprismatic beams subjected to various cases of loading and boundary conditions are evaluated and compared with analytic solutions and numerical results by available references and the results by ADINA, and excellent agreements were achieved. The main advantage of the present technique is that the solution is directly obtained, i.e., non-incremental approach, using few iterations (3 to 6 iterations) and without the need to split the stiffness matrix into elastic and geometric matrices.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.519-525
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2009
In this study a cohesive zone model was used to simulate the delamination phenomena which occurs by a successive crack initiation and propagation in composite laminates. The cohesive zone model was incorporated to the classical finite element method via cohesive element formulation and then implemented into the user-subroutine UEL of a commercial finite element program Abaqus. To validate the formulation and implementation of the cohesive element the finite element results were compared with the experimental data of double cantilever beam and end notched flexure tests. The numerical results well agree with the experimental load-displacement curves. Also the effect of the elastic stiffness and the size of the cohesive element on the global load-displacement curves were studied numerically. To minimize the mesh-dependency of the crack propagation path and eliminate the zig-zag patterns in the load-displacement curve, cohesive elements should be refined at the crack-tip.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.8
no.1
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pp.81-86
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1996
Subsea pipelines have an important role in the overall tasks of offshore oil and gas production but arc exposed to various hazards with high potential risks of damage resulting in serious economic loss and impact on ocean environment. In this paper, the dynamic free span is analysed, which is one of main risk factors against the safety of subsea pipelines and the allowable length of dynamic free span which is important for the design of subsea pipelines is determined. The allowable free span length is examined by considering the relationship between vortex shedding frequency and natural frequency of pipeline free span, and the variation of the allowable length is analysed for different boundary conditions of pipe ends. The free span is regarded as a beam on elastic foundations and the boundary condition of the beam is generalized by modelling as restrained by linear and rotational spring at each end. A non-dimensionalized curve is obtained to facilitate the determination of exact allowable length of dynamic free span for subsea pipelines and is applied to the pipelines which is to be installed in the gas fields of the south of East Sea of Korea.
New design equations for calculating the lateral-torsional buck ling moment resistances of stepped I-section beams with/without continuous lateral top-flange bracing subjected to a point load, a series of point loads, and a uniformly distributed load, are suggested based on the results of elastic finite-element analyses. The new equations presented in this study are compared with the current moment gradient modifiers presented by other researchers and specifications. Although the study paper presents mainly stepped-beam cases subjected to a point load and a uniformly distributed load. The proposed equations include the length-to-height ratio effects for stepped beams with continuous lateral top-flange bracing. The new moment gradient correction factors could be easily used to calculate the lateral-torsional buckling moment resistance of stepped I-beams.
This study was carried out in order to evaluate the bending creep deflection of glulams and bolted glulams beam-to-beam connection with steel-gusset plates and bolts under changing relative humidity. The two types of glulam beams (130 mm in width, 175 mm in thickness, and 3000 mm in length) used in this study were made from domestic larch and composed of seven layers. The gussets were made of 8-mm-thick steel plates. Creep testing was conducted under constant loads in an uncontrolled environment. The test was carried out in a room that was well ventilated through a window. The creep test specimens were loaded for 33,000 hours. A bending creep test for the glulams was conducted through four-point loading. The applied stresses were 20% and 30% of the MOR in the static bending test for the glulam and bolted glulam, respectively. After 33,000 hours, the creep deflection of the glulam at a 20% stress level increased by 39% to 99%, while the creep deflection of the glulam at a 30% stress level increased by 27% to 67%, as compared with instantaneous elastic deflection. The relative creep increased during autumn and winter, and recovered during spring and summer. The relative creep of the bolted glulams was changed abruptly by loading up to 5,000 hours, but stabilized after 5,000 hours, and then gradually increased until 33,000 hours. The relative creep of the bolted glulam increased 2.11 times on average after 33,000 hours.
Space Physics Sensor (SPS) on-board the KOMPSAT-1 consists of the High Energy Particle Detector (HEPD) and the Ionospheric Measurement Sensor (IMS). The HEPD is to characterize the low altitude high energy particle environment and the effects on the microelectronics due to these high energy particles. It is composed of four sensors: Proton and Electron Spectrometer(PES), Linear Energy Transfer Spectrometer (LET), Total Dose Monitor (TDM), and Single Event Monitor (SEM). 35 MeV proton beam from the medical KCCH cyclotron, at Korea Cancer Center Hospital in Seoul, is used to calibrate the PES. Primary proton beam of 35MeV scattered by polypropylene target is converted to various energy protons according to the elastic collision kinematics. In this calibration, the threshold level of the proton in the PES can be determined and the energy ranges of PES channels are also calibrated.
An experimental study was performed to investigate the seismic performance of solid steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns that are composed of SRC special-shaped columns and reinforced concrete beams. For this purpose, two models of two-bay and three-story frame, including an edge frame and a middle frame, were designed and tested. The failure process and patterns were observed. The mechanical behaviors such as load-displacement hysteretic loops and skeleton curves, load bearing capacity, drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation of test specimens were analyzed. Test results show that the failure mechanism of solid SRC frame with special-shaped columns is the beam-hinged mechanism, satisfying the seismic design principle of "strong column and weak beam". The hysteretic loops are plump, the ductility is good and the capacity of energy dissipation is strong, indicating that the solid SRC frame with special-shaped columns has excellent seismic performance, which is better than that of the lattice SRC frame with special-shaped columns. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. Compared with the edge frame, the middle frame has higher carrying capacity and stronger energy dissipation, but the ductility and speed of stiffness degradation are similar. All these can be helpful to the designation of solid SRC frame with special-shaped columns.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.3
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pp.177-183
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2023
Various failure modes occur in the concrete beams reinforced with GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) under initial condition and repairing patterns. In this study, the failure behaviors of concrete beams restrengthened with GFRP sheet with slightly higher elastic modulus than concrete were investigated. For the tests, concrete beams with 24 MPa were manufactured, and the effects of initial notch, overlapping, end-strip reinforcement, and fiber anchors were analyzed on failure load. The cases of GFRP overlap around notch and the initial notch showed increasing failure loads similar to those of normal restrengthened case since the epoxy of the saturated GFRP sufficiently repaired the notch area. Compared to the control case without restrengthening of GFRP, the concrete with initial notch showed 0.78 of loading ratio and normal restrengthening showed 4.43~5.61 times of increasing ratio of failure loading, where interface-debonding from flexural crack were mainly observed. The most ideal failure behavior, break of GFRP, was observed when end-strip over 1/3 height from bottom and fiber anchor were installed, which showed increasing failure load over 150 % to normal restrengthening.
Zahira Sadoun;Riadh Bennai;Mokhtar Nebab;Mouloud Dahmane;Hassen Ait Atmane
Structural Monitoring and Maintenance
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v.10
no.4
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pp.315-337
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2023
During the design phase, it is crucial to determine the interface stresses between the reinforcing plate and the concrete base in order to predict plate end separation failures. In this work, a simple theoretical study of interface shear stresses in beams reinforced with P-FGM and E-FGM plates subjected to an arbitrarily positioned point load, or two symmetrical point loads, was presented using the linear elastic theory. The presence of pores in the reinforcing plate distributed in several forms was also taken into account. For this purpose, we analyze the effects of porosity and its distribution shape on the interracial normal and shear stresses of an FGM beam reinforced with an FRP plate under different types of load. Comparisons of the proposed model with existing analytical solutions in the literature confirm the feasibility and accuracy of this new approach. The influence of different parameters on the interfacial behavior of reinforced concrete beams reinforced with functionally graded porous plates is further examined in this parametric study using the proposed model. From the results obtained in this study, we can say that interface stress is significantly affected by several factors, including the pores present in the reinforcing plate and their distribution shape. Additionally, we can conclude from this study that reinforcement systems with composite plates are very effective in improving the flexural response of reinforced RC beams.
This study have been carried out to find out the mechnical effect of Multiloop Edgewise Arch Wire(MEAW) making use of the finite element method. The tip back bend of MEAW taken in this analysis is $5^{\circ},\;10{\circ}\;and\;15{\circ}$. In addition, Class II or up & down elastic is applied to find out stress distribution and their values in PDL. A adult male of normal occlusion was selected to create the models of teeth and PDL. And the model of MEAW was also created using commercial finite element code (ANSYS version 5.2). The MEAW is forcibly engaged with a class II or up & down elastic, to determine the initial stress generated in PDL. Comparing the compressive and tensile stress at each reference-planes, following results are obtained. 1. When a MEAW of $5^{\circ},\;10{\circ}\;15{\circ}$ tip back bend was engaged with Class II or up & down elastic, the distribution of compressive, tensile stress in entire PDL is similar in each case. 2. The values of compressive and tensile stress in PDL is higher in $15{\circ}$ tip back bend case than in $10{\circ}\;or\;15{\circ}$ tip back bend case. 3. In the distal PDL of 1st and 2nd molar, compressive stress appears. The compressive area is more wide and its values is higher in PDL of 2nd molar than those in 1st molar. The compressive area and its values become more wide and higher according to the increase of the tip back bend. 4. The values of compressive stress are comparatively smaIIer in PDL of molars than those in premolars. 5. Comparing class II and up & down elastic case, tensile stress values in anterior teeth PDL are smaller md their distribution is more wide in up & down elastic case than class If elastic case. On another hand, there is no difference in distribution and stress values in PDL of posterior teeth between two cases. 6. Comparing the tensile area in PDL of anterior teeth, tensile stress values are maximum in PDL of canine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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