Fire incident in buildings is common, so the fire safety design of the framed structure is imperative, especially for the unprotected or partly protected bare steel frames. However, software for structural fire analysis is not widely available. As a result, the performance-based structural fire design is urged on the basis of using user-friendly and conventional nonlinear computer analysis programs so that engineers do not need to acquire new structural analysis software for structural fire analysis and design. The tool is desired to have the capacity of simulating the different fire scenarios and associated detrimental effects efficiently, which includes second-order P-D and P-d effects and material yielding. Also the nonlinear behaviour of large-scale structure becomes complicated when under fire, and thus its simulation relies on an efficient and effective numerical analysis to cope with intricate nonlinear effects due to fire. To this end, the present fire study utilizes a second-order elastic/plastic analysis software NIDA to predict structural behaviour of bare steel framed structures at elevated temperatures. This fire study considers thermal expansion and material degradation due to heating. Degradation of material strength with increasing temperature is included by a set of temperature-stress-strain curves according to BS5950 Part 8 mainly, which implicitly allows for creep deformation. This finite element stiffness formulation of beam-column elements is derived from the fifth-order PEP element which facilitates the computer modeling by one member per element. The Newton-Raphson method is used in the nonlinear solution procedure in order to trace the nonlinear equilibrium path at specified elevated temperatures. Several numerical and experimental verifications of framed structures are presented and compared against solutions in literature. The proposed method permits engineers to adopt the performance-based structural fire analysis and design using typical second-order nonlinear structural analysis software.
The compressive behavior of special-shaped concrete filled tube (CFT) mega column coupled with multiple cavities is studied by testing six columns subjected to cyclically uniaxial compressive load. The six columns include three pentagonal specimens and three hexagonal specimens. The influence of cavity construction, arrangement of reinforcement, concrete strength on failure feature, bearing capacity, stiffness, and residual deformation is examined. Experimental results show that cavity construction and reinforcements make it possible to form a combined confinement effect to in-filled concrete, and the two groups of special-shaped CFT columns show good elastic-plastic compressive behavior. As there is no axial bearing capacity calculation method currently available in any Code of practice for special-shaped CFT columns, values predicted by normal CFT column formulas in GB50936, CECS254, ACI-318, EC4, AISCI-LRFD, CECS159, and AIJ are compared with tested values. The calculated values are lower than the tested values for most columns, thus the predicted bearing capacity is safe. A reasonable calculation method by dividing concrete into active and inactive confined regions is proposed. And high accuracy shows in estimating special-shaped CFT columns either coupled with multiple cavities or not. In addition, a finite element method (FEM) analysis is conducted and the simulated results match the test well.
Khorasani, Mohammad;Eyvazian, Arameh;Karbon, Mohammed;Tounsi, Abdelouahed;Lampani, Luca;Sebaey, Tamer A.
Smart Structures and Systems
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v.26
no.3
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pp.331-343
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2020
In this paper, based on the CPT, motion equations for a sandwich plate containing a core and two integrated face-sheets have derived. The structure rests on the Visco-Pasternak foundation, which includes normal and shear modules. The piezo-magnetic core is made of CoFe2O4 and also is subjected to 3D magnetic potential. Two face sheets at top and bottom of the core are under electrical fields. Also, in order to obtain more accuracy, the effect of flexoelectricity has took into account at face sheets' relations in this work. Flexoelectricity is a property of all insulators whereby they polarize when subject to an inhomogeneous deformation. This property plays a crucial role in small-scale rather than macro scale. Employing CPT, Hamilton's principle, flexoelectricity considerations, the governing equations are derived and then solved analytically. By present work a detailed numerical study is obtained based on Piezoelectricity, Flexoelectricity and modified couple stress theories to indicate the significant effect of length scale parameter, shear correction factor, aspect and thickness ratios and boundary conditions on natural frequency of sandwich plates. Also, the figures show that there is an excellent agreement between present study and previous researches. These finding can be used for automotive industries, aircrafts, marine vessels and building industries.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.323-331
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2010
In this study, we propose a 3D finite element (FE) model for the residual stress under oblique shot peening. Using the FE model for an oblique impact, we examine the effects of factors on the residual stress such as the Rayleigh damping in the material, dynamic friction, and the rate dependency of the material and systematically integrate the effects. The plastic deformation of the shot is also emphasized. Then, the FE model is used to study oblique multi-impacts. The results obtained using the FE model are compared with experimental x-ray diffraction (XRD) results; in contrast to the rigid and elastic shots, plastic shots are found to produce residual stresses similar to that shown in the XRD results. Thus, the 3D FE models with integrated factors and plastically deformable shots are validated. The proposed model will serve as a basis for the 3D FE model for multi-impacts with different impact angles to simulate the actual phenomenon of shot peening.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1183-1189
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2015
This study focuses on the design of the tapered joints of a wind power turbine. The main variables of the tapered joint are the transmitted torque, shaft diameter, contact area of the tapered ring, and tightening torque of the bolts, which applies a compressive pressure from the hub to the shaft. The stress distribution of the taper fit was calculated under axisymmetric plane strain conditions because of the small taper angle. The axial displacement of the clamp can be calculated from the radial elastic deformation and the taper angle. The stress field of each ring is obtained from the cylinder stress equation. To verify the accuracy of the calculation, finite element (FE) analysis was performed, and the results of the calculation and FE analysis were compared. The hoop stress of the tapered surface showed a discrepancy of approximately 10, but the trends of the stress distributions of each component and the relative movement obtained by FE analysis were in good agreement with the analytical calculation results.
Jianlong, Zhou;Daoyuan, Lu;Liang, Huang;Jun, Ji;Jun, Zhu;Jingyu, Wang
International Journal of High-Rise Buildings
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v.3
no.2
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pp.99-106
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2014
This paper presents the determination of the structural system of the Changsha IFC T1 tower with 452 m in architectural height and 440.45 m in structural height. Sensitivity analyses are carried out by varying the location of belt trusses and outriggers. The enhancement of seismic capacity of the outer frame by reasonably adjusting the column size is confirmed based on parametric studies. The results from construction simulation including the non-load effect of structures demonstrate that the deformation of vertical members has little effect on the load-bearing capacity of belt trusses and outriggers. The elastoplastic time-history analysis shows that the overall structure under rare earthquake load remains in an elastic state. The influence of the frame shear ratio and frame overturning moment ratio on the proposed model and equivalent mega column model is investigated. It is found that the frame overturning moment ratio is more applicable for judging the resistance of the outer frame against lateral loads. Comparison is made on the variation of these two effects between a classical frame-core tube-outrigger structure and a structure with diagonal braces between super columns under rare earthquakes. The results indicate that plasticity development of the top core cube of the braced structure may be significantly improved.
This paper predicted the engineering constants of spatially reinforced carbon/ carbon composites and analyzed the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Those equivalent engineering constants are used to analyze the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Because the distribution of equivalent engineering constants is varying as change its structure, we made a program to predict engineering constants of spatially reinforced composites. The kick motor nozzle consists of graphite or spatially reinforced carbon/ carbon composites for the nozzle throat, carbon/ phenol for the nozzle entrance and the expansion part, and steel for the outer surface of the expansion part. The 4-D carbon/ carbon composite shows the smallest deformed shape of the nozzle throat, which has a favorable effect on the rocket thrust, and the most uniform deformation of all nozzle throat materials. In addition to analysis, ground firing tests of 4D C/ C nozzle throat and graphite nozzle throat were performed.
Nowadays, the number of people who do not move actively or are treated for rehabilitation is increasing because of the disorder or the paralysis of their own lower body by the industrial disaster. In this study, the walker for the people whose bodies are not convenient or the old is investigated. The walkers due to the height of walker are designed and the structural simulation analysis is carried out. The study models of walker are modelled with CATIA program and analyzed with ANSYS program. As the analysis result, the models of 1, 2 and 3 have the maximum stresses extremely below the yield stress of this model and the elastic deformations at these models occurs. Among these models, As the maximum deformation of model 3 has the least value among these models, models 3 is thought to have the best durability. The safety of walker model can be estimated by the basis of the result of this study. The damage can be prevented and the durability is examined by applying this result into the design of walker. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.
Park, Je Young;Chung, Kyung Soo;Kim, Woo Jae;Lee, Jong In;Kim, Yong Min
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.6
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pp.707-714
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2014
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidity, mechanical compression, pump pressure test in flexible pipe were conducted for understanding properties of the high strength concrete. Material properties were achieved by various experimental tests, such as slump, slump flow, air content, U-box, O-Lot, L-flow. In addition, mock-up tests were conducted to monitor concrete filling, hydration heat, compressive strength. From construction sites in Sang-am dong and University of Seo-kang, long-term behaviors could be effectively predicted in terms of ACI 209 material model considering elastic deformation, shrinkage and creep.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2004.05a
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pp.113-116
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2004
The materials showing high structure dispersion with functional properties were developed on the quartz base and those were obtained by mechano-chemical reaction technology. Depending on the processing conditions and subsequent applications the materials produced by mechano-chemical reaction show concurrently magnetic, dielectric and electrical properties. The obtained magnetic-electrical powders classified by aggregate complex of their features as segnetomagnetics, containing a dielectric material as a carrying nucleus, particularly the quartz on that surface one or more layers of different compounds were synthesized having thickness up to 10~50 nm showing magnetic, electrical properties and others. The similarity of the structure of surface layers of quartz particles subjected to mechano-chemical processing and nano-structure cluspol (clusters in a polymer matrics) material was also confirmed by the fact that the characteristics of ferromagnetic quartz of insulating nano-composite powder were changed with time, after its preparing process was completed. The magnetic permeability of the sample was decreasing within first two months down by 15~20 %. Then, the magnetic characteristics were almost stabilized steadily and continuously. The observed changes were related with defective structure of the particles, elastic stress relief, and changes of electron density and magnetic moment in deformation zones. This process of stabilization of the investigated properties could be intensified by the thermal annealing heat treatment in short time period of the nano-composite quartz powders at the temperature ranges of 100~15$0^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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