Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.1
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pp.75-82
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2007
This paper addresses a method for shape optimization of a continuous elastic body considering stability, i.e., buckling behavior. The sensitivity formula for critical load is analytically derived and expressed in terms of shape variation, based on the continuum formulation of the stability problem. Unlike the conventional finite difference method (FDM), this method is efficient in that only a couple of analyses are required regardless of the number of design parameters. Commercial software such as ANSYS can be employed since the method requires only the result of the analysis in computation of the sensitivity. Though the buckling problem is more efficiently solved by structural elements such as a beam and shell, elastic solids have been chosen for the buckling analysis because solid elements can generally be used for any kind of structure whether it is thick or thin. Sensitivity is then computed by using the mathematical package MATLAB with the initial stress and buckling analysis of ANSYS. Several problems we chosen in order to illustrate the efficiency of the presented method. They are applied to the shape optimization problems to minimize weight under allowed critical loads and to maximize critical loads under same volume.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.9
no.3
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pp.49-56
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2002
In this study, the InGaP epilayers were grown on the exact and the $2^{\circ}$, $6^{\circ}$, $10^{\circ}$ of cut GaAs substrates by metal-organic vapor phase epitaxy, and the effects of interfacial elastic strains determined by the substrate offcut angle upon the resulting dislocation density of epilayer were investigated for the first time. The elastic strains were obtained from lattice mismatch and lattice misfit by TXRD, and the dislocation densities from epilayer x-ray FWHM. For the offcut angle range used in this study, the elastic strain was maximum and x-ray FWHM minimum at offcut angle $6^{\circ}$. From 11K PL measurements, PL wavelength was found to decrease with an increase of offcut angle. PL intensity was maximum at offcut angle $6^{\circ}$. TEM results showed that the electron diffraction pattern was of typical zincblende structure, and that the dislocation density was minimum for substrate offcut angle $6^{\circ}$. The results obtained in this study, along with the device fabrication process and beam characteristics, clearly demonstrated that the optimum substrate offcut angle for the InGaP/GaAs heterostructures is $6^{\circ}$.
In most of the design offices, analysis of the frame is carried out without considering the effect of the rigidity of mat. The analysis of the superstructure without modelling the foundation properly and conversely analysing the foundation system without considering the stiffness of the superstructure may mislead the estimation of the forces. This paper examines the parameters, which affect the interaction and they are grouped into relative stiffness factors ${\kappa}_{rs}$ and ${\kappa}_{sb}$. An interaction analysis is performed for the five storeyed space frame of 3 bays ${\times}$ 5 bays, using ANSYS finite element code. The soil was treated as an isotropic, homogenous and elastic half space medium and the following conclusions were drawn from the analyses. The differential settlement is reduced due to interaction and the performance of the mat depends on ${\kappa}_{sb}$ values. The moments $M_x$ and $M_y$ in the corner column at all the storey levels are higher in the case of the interaction analysis than in the conventional analysis. The axial forces in the peripheral columns increased and to that extent, the inner column axial loads are reduced. In the beam, more variation is seen in the support moments than in the span moments.
We have developed a lightweight aggregate (LWA) concrete made by expanding fine sediments dredged from the Shihmen Reservoir (Taiwan) with high heat. In this study, the performance of the concrete and of prestressed concrete beams made of the sedimentary LWA were tested and compared with those made of normal-weight concrete (NC). The test results show that the lightweight concrete (LWAC) exhibited comparable time-dependent properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, drying shrinkage, and creep) as compared with the NC samples. In addition, the LWAC beams exhibited a smaller percentage of prestress loss compared with the NC beams. Moreover, on average, the LWAC beams could resist loading up to 96% of that of the NC beams, and the experimental strengths were greater than the nominal strengths calculated by the ACI Code method. This investigation thus established that sedimentary LWA can be recommended for structural concrete applications.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.1
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pp.93-103
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1994
Two beam/column elements are developed in order to analyze the geometric nonlinear plane irames including the effects of internal hinge and transverse shear deformation. In the case of the first element (finite segment method), tangent stiffness matrix is derived by directly integrating the equilibrium equations whereas in the case of the second element (finite element method) elastic and goemetric stiffness matrices are calculated by using the hermitian polynomials including the effects of internal hinge and shear deformation as the shape function. Numerical results are presented for the selected test problems which demonstrate that both elements represent reliable and highly accurate tools.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.305-319
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2000
Numerical solution lot frictional contact problems of nonlinearly deformable bodies having large deformation is presented. The contact conditions on the possible contact points are expressed by using the contact error vector, and the iterative scheme is used to reduce the contact error vector monotonically toward zero. At each iteration the solution consists of two steps : The first step is to revise the contact force by using the contact error vector given by the previous geometry, and the second step is to compute the displacement and the contact error vector by solving the equilibrium equation with the contact force given at the first step. Convergence of the iterative scheme to the correct solution is analyzed, and the numerical simulations we performed with a rigid-plastic membrane and a nonlinear elastic beam.
The statistical two-order and two-scale method is developed for predicting the mechanics parameters, such as stiffness and strength of core-shell particle-filled polymer composites. The representation and simulation on meso-configuration of random particle-filled polymers are stated. And the major statistical two-order and two-scale analysis formulation is briefly given. The two-order and two-scale expressions for the strains and stresses of conventionally strength experimental components, including the tensional or compressive column, the twist bar and the bending beam, are developed by means of their classical solutions with orthogonal-anisotropic coefficients. Then a new effective mesh generation algorithm is presented. The mechanics parameters of core-shell particle-filled polymer composites, including the expected stiffness parameters, minimum stiffness parameters, and the expected elasticity limit strength and the minimum elasticity limit strength, are defined by means of the stiffness coefficients and elasticity strength criterions for core, shell and matrix. Finally, the numerical results for predicting both stiffness and elasticity limit strength parameters are compared with the experimental data.
Time-dependent buckling of embedded straight concrete columns armed with Silicon dioxide($SiO_2$) nano-particles exposed to fire is investigated in the present study for the fire time. The column is simulated mathematically with Timoshenko beam model. The governing mass conservation equations to describe heat and moisture transport in concrete containing free water, water vapor, and dry air in conjunction with the conversion of energy are considered. The characteristics of the equivalent composite are determined using Mori-Tanaka approach. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the critical buckling load and critical buckling time of structure. The influences of volume percent of $SiO_2nano-particles$, geometrical parameters, elastic foundation and concrete porosity are investigated on the time-dependent buckling behaviours of structure. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with $SiO_2nano-particles$, the structure becomes stiffer and the critical buckling load and time increase.
Damaged steel-concrete composite girders can be repaired and retrofitted by epoxy-bonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets to the critical areas of tension flanges. This paper presents the results of a study on the behavior of damaged steel-concrete composite girders repaired with CFRP sheets under static loading. A total of seven composite girders made of I20A steel sections and 80mm-thick by 900mm-wide concrete slabs were prepared and tested. CFRP sheets and prestressed CFRP sheets were used to repair the specimens. The specimens lost the cross-sectional area of their tension flanges with 30%, 50% and 100%. The results showed that CFRP sheets had no significant effect on the yield loads of strengthened composite girders, but had significant effect on the ultimate loads. The yield loads, elastic stiffness, and ultimate bearing capacities of strengthened composite girders had been changed as a result of prestressed CFRP sheets, the utilization ratio of CFRP sheets could be effectively improved by applying prestress to CFRP sheets. Both the yield loads and ultimate bearing capacities had been changed as a result of steel beam's flange damage level and CFRP sheets could cover the girders' shortage of bearing capacity with 30% and 50% flange damage, respectively.
Section model wind tunnel test is currently the main technique to investigate the flutter performance of long-span bridges. Further study about applying the wind tunnel test results to the aerodynamic optimization is still needed. Systematical parameters and test principle of the bridge section model are determined by using three long-span steel truss suspension bridges. The flutter critical wind at different attack angles is obtained through section model flutter test. Under the most unfavorable working condition, tests to investigate the effects that upper central stabilized plate, lower central stabilized plate and horizontal stabilized plate have on the flutter performance of the main beam were conducted. According to the test results, the optimal aerodynamic measure was chosen to meet the requirements of the bridge wind resistance in consideration of safety, economy and aesthetics. At last the credibility of the results is confirmed by full bridge aerodynamic elastic model test. That the flutter reduced wind speed of long-span steel truss suspension bridges stays approximately between 4 to 5 is concluded as a reference for the investigation of the flutter performance of future similar steel truss girder suspension bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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