A low-energy dielectric loaded accelerator with a non-uniform, multi-segment structure is studied and optimized. So far, no analytical solution is provided for such structures. Also, due to the existing nonlinear behavior and a large number of geometric parameters, the problem of numerical optimizations is complex. For this reason, a method is presented to design and optimize such structures using the Genetic Algorithm (GA). Moreover, the GA output results are compared with Trust Region (TR) and Nelder-Mead Simplex (NMS) methods. Comparative results show that the GA is more efficient in achieving optimization goals and also has a higher speed than the two other methods. Finally, an optimized accelerating tube is integrated into a proper coupler. Then, the accelerator is simulated for full electromagnetic investigations using the CST suite of codes. This design leads to a structure with a power of about 80 kW in the X-band, which delivers electrons to the output energy in the range of 300-459 kV. The length and outer diameter of the accelerating tube obtained are 10 cm and 1 cm, respectively.
The mechanical behavior of prestressed concrete haunched beams (PSHBs) was investigated in depth using a finite element modeling technique in this study. The efficiency of finite element modeling was investigated in the first stage by taking into account a previous study from the literature. The first stage's findings suggested that finite element modeling might be preferable for modeling PSHBs. In the second stage of the research, a comprehensive parametric study was carried out to determine the effect of each parameter on PSHB load capacity, including haunch angle, prestress level, compressive strength, tensile reinforcement ratio, and shear span to depth ratio. PSHBs and prestressed concrete rectangular beams (PSRBs) were also compared in terms of capacity. Stochastic analysis was used in the third stage to define the uncertainty in PSHB capacity by taking into account uncertainty in geometric and material parameters. Standard deviation, coefficient of variation, and the most appropriate probability density function (PDF) were proposed as a result of the analysis to define the randomness of capacity of PSHBs. In the study's final section, a new equation was proposed for using symbolic regression to predict the load capacity of PSHBs and PSRBs. The equation's statistical results show that it can be used to calculate the capacity of PSHBs and PSRBs.
Reza Khalili Sarbangoli;Ahmad Maleki;Ramin K. Badri
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.3
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pp.239-252
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2024
Steel plate shear walls (SPSWs) are classified as lateral load-resisting systems. The feasibility of openings in the steel plate is a characteristic of SPSWs. The use of openings in SPSWs can lower the load capacity, stiffness, and energy dissipation. This study proposes a novel form of SPSWs that provides convenient access through openings by combining steel plates and eccentrically braced frames (EBFs). The proposed system also avoids a substantial reduction in the strength and stiffness. Hence, various geometric forms were analyzed through two different structural approaches. Groups 1, 2, and 3 included a steel EBF with a steel plate between the column and EBF in order to improve system performance. In Group 4, the proposed system was evaluated within an SPSW with openings and an EBF on the opening edge. To evaluate the performance of the proposed systems, the nonlinear finite element method (NL-FEM) was employed under cyclic loading. The hysteresis (load-drift) curve, stress contour, stiffness, and damping were evaluated as the structural outputs. The numerical models indicated that local buckling within the middle plate-EBF connection prevented a diagonal tension field. Moreover, in group 4, the EBF and stiffeners on the opening edge enhanced the structural response by approximately 7.5% in comparison with the base SPSW system.
This article focuses on the static and dynamic analysis and optimization of an anisogrid lattice plate subjected to axial compressive load with simply supported boundary conditions. The lattice plate includes diagonal and transverse ribs and is modeled as an orthotropic plate with effective stiffness properties. The study employs the first-order shear deformation theory and the Ritz method with a Legendre approximation function. In the realm of optimization, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II is utilized as an evolutionary multi-objective algorithm to optimize. The research findings are validated through finite element analysis. Notably, this study addresses the less-explored areas of optimizing the geometric parameters of the plate by maximizing the buckling load and natural frequency while minimizing mass. Furthermore, this study attempts to fill the gap related to the analysis of the post-buckling behavior of lattice plates, which has been conspicuously overlooked in previous research. This has been accomplished by conducting nonlinear analyses and scrutinizing post-buckling diagrams of this type of lattice structure. The efficacy of the continuous methods for analyzing the natural frequency, buckling, and post-buckling of these lattice plates demonstrates that while a degree of accuracy is compromised, it provides a significant amount of computational efficiency.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.5
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pp.169-178
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2008
Compressive flanges of steel box girder is designed based on the ultimate strength behavior of sub-panel which is enclosed with longitudinal stiffeners and transverse stiffeners on appropriate safety factor. However, it is rational that the ultimate strength is calculated considering the various factors such as number and stiffness of longitudinal stiffener, spacing of transverse stiffener, initial deformation and residual stress distribution. In this study, an analysis program based on Folded Plate theory is developed considering the geometric effects and the material nonlinearity. The analysis program is applicated to the steel box girder bridges which is really constructed in domestic.
Nho, In Sik;Ryu, Jae Won;Lim, Seung Jae;Cho, Sang Rai;Cho, Yun Sik
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.3
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pp.267-273
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2017
Pressure hulls of submerged structures are generally designed as circular cylinders, spheres or cones with form of axisymmetric shell of revolution to withstand the high external pressure of deep ocean. The compressive buckling (implosion) due to hydrostatic pressure is the main concern of structural design of pressure hull and many design codes are provided for it. It is well-known that the buckling behavior of thin shell of revolution is very sensitive to the initial geometric imperfections introduced during the construction process of cutting and welding. Hence, the theoretical solutions for thin shells with perfect geometry often provide much higher buckling pressures than the measured data in tests or real structures and more precise structural analysis techniques are prerequisite for the safe design of pressure hulls. So this paper dealt with various buckling pressure estimation techniques for unstiffened circular cylinder under hydrostatic pressure conditions. The empirical design equations, eigenvalue analysis technique for critical pressure and collapse behaviors of thin cylindrical shells by the incremental nonlinear FE analysis were applied. Finally all the obtained results were compared with those of the pressure chamber test for the aluminium models. The pros and cons of each techniques were discussed and the most rational approach for the implosion of circular cylinder was recommended.
Kim, Jung-Seok;Yoon, Hyuk-Jin;Hwang, Jae-Yeon;Yoon, Ji-You;Lee, Seung-Hun
Journal of the Korean Society for Railway
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v.13
no.6
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pp.546-551
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2010
In this paper, the strain distribution of the bond layer has been compared with the experimental data and analyzed according to the different mesh refinements and element types. The mesh density was changed along the longitudinal direction of adherend, the longitudinal direction of overlapped region, the vertical direction of adherend, the vertical direction of adhesive and the width direction of the joint. In addition, the effect of the different types of element was evaluated using soild, shell and plane strain element. The geometric nonlinear analysis was performed to consider the large deformation of the joint. From the numerical result, at least 2 elements were needed to achieve a reliable result as the solid element used. In case of shell element, the peel strain at x/c=1 showed 22.8% error compared with the experiment but the shear strain showed a good agreement with the experiment within 1.67% error.
High Altitude and Long Endurance (HALE) aircraft are capable of providing intelligence, surveillance and reconnaissance (ISR) capabilities over vast geographic areas when equipped with advanced sensor packages. As their use becomes more widespread, the demand for additional range, endurance and payload capability will increase and designers are exploring non-conventional configurations to meet the increasing demands. One such configuration is the joined-wing concept. A joined-wing aircraft is one that typically connects a front and aft wings in a diamond shaped planform. One such example is the Boeing SensorCraft configuration. While the joined-wing configuration offers potential benefits regarding aerodynamic efficiency, structural weight, and sensing capabilities, structural design requires careful consideration of elastic buckling resulting from the aft wing supporting, in compression, part of the forward wing structural loading. It has been shown already that this is a nonlinear phenomenon, involving geometric nonlinearities and follower forces that tend to flatten the entire configuration, leading to structural overload due to the loss of the aft wing's ability to support the forward wing load. Severe gusts are likely to be the critical design condition, with flight control system interaction in the form of Gust Load Alleviation (GLA) playing a key role in minimizing the structural loads. The University of Victoria Center for Aerospace Research (UVic-CfAR) has built a 3-meter span scaled and flexible wing UAV based on the Boeing SensorCraft design. The goal is to validate the nonlinear structural behavior in flight. The main objective of this research work is to perform Ground Vibration Tests (GVT) to characterize the dynamic properties of the scaled flight vehicle. Results from the experimental tests are used to characterize the modal dynamics of the aircraft, and to validate the numerical models. The GVT results are an important step towards a safe flight test program.
Ghannadpour, S.A.M.;Shakeri, M.;Barvaj, A. Kurkaani
Steel and Composite Structures
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v.29
no.6
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pp.785-802
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2018
In this paper, two different computational methods, called Rayleigh-Ritz and collocation are developed to estimate the ultimate strength of composite plates. Progressive damage behavior of moderately thick composite laminated plates is studied under in-plane compressive load and uniform lateral pressure. The formulations of both methods are based on the concept of the principle of minimum potential energy. First order shear deformation theory and the assumption of large deflections are used to develop the equilibrium equations of laminated plates. Therefore, Newton-Raphson technique will be used to solve the obtained system of nonlinear algebraic equations. In Rayleigh-Ritz method, two degradation models called complete and region degradation models are used to estimate the degradation zone around the failure location. In the second method, a new energy based collocation technique is introduced in which the domain of the plate is discretized into the Legendre-Gauss-Lobatto points. In this new method, in addition to the two previous models, the new model named node degradation model will also be used in which the material properties of the area just around the failed node are reduced. To predict the failure location, Hashin failure criteria have been used and the corresponding material properties of the failed zone are reduced instantaneously. Approximation of the displacement fields is performed by suitable harmonic functions in the Rayleigh-Ritz method and by Legendre basis functions (LBFs) in the second method. Finally, the results will be calculated and discussions will be conducted on the methods.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.819-825
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2008
This paper describes the shaping formation and the erection of SCST structure by cable-tensioning. It could be a fast and economical method for constructing the space structure consisted with uniform pyramids by cable-tensioning of the cable in bottom chords. In the initial layout, the top chords and web members are left at their true length, the bottom chords are given gaps in proportion to the desired final shape. The feasibility of the proposed shaping method and the reliability of the established geometric model were confirmed with nonlinear finite element analysis and an experimental investigation on small scale and full size test models. As a result, the behaviour characteristic of MERO joint is very significant in shaping analysis of space structure. This study suggests the most reasonable modeling technique for the prediction of shaping in practices. And it is shown the characteristic of the behavior in shaping test for practical design purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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