This study investigates the bending behavior of a composite concrete slab roof with different methods of externally strengthing using steel plates and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips. First, the concrete slab model which was reinforced with CFRP strips on the bottom surface of it is validated using experimental data, and then, using numerical modeling, 7 different models of square-shaped composite slab roofs are developed in ABAQUS software using the finite element modeling. Developed models include steel rebar reinforced concrete slab with variable thickness of CFRP and steel plates. Considering the control sample which has no external reinforcement, a set of 8 different reinforcement states has been investigated. Each of these 8 states is examined with 6 different uncertainties in terms of the properties of the materials in the construction of concrete slabs, which make 48 numerical models. In all models loading process is continued until complete failure occurs. The results from numerical investigations showed using the steel plates as an executive method for strengthening, the bending capacity of reinforced concrete slabs is increased in the ultimate bearing capacity of the slab by about 1.69 to 2.48 times. Also using CFRP strips, the increases in ultimate bearing capacity of the slab were about 1.61 to 2.36 times in different models with different material uncertainties.
The structure performance of a sealed power facilities and the explosion simulation contains significant amounts of scatter, and variability has been characterized in material properties of the structure, a sealed space density, combustible gas volume, gas concentrativeness, ignition site, and gas volume. In order to deal with such uncertainties, structural reliability analysis calculates the failure probability and the reliability index relevant to selected limit states providing quantitative measures of these uncertainties. In this study, structure safety assessment method on the explosion of a sealed power facilities was proposed by using the response surface method (RSM).
In structural engineering there are randomness inherently exist on determination of the loads, strength, geometry, and so on, and the manufacturing of the structural members, workmanship etc. Thus, objective and constraint functions of the optimization problem are functions that depend on those randomly natured components. The constraints being the function of the random variables are evaluated by using reliability index or performance measure approaches in the optimization process. In this study, the minimum weight of a space truss is obtained under the uncertainties on the load, material and cross-section areas with harmony search using reliability index and performance measure approaches. Consequently, optimization algorithm produces the same result when both the approaches converge. Performance measure approach, however, is more efficient compare to reliability index approach in terms of the convergence rate and iterations needed.
From the viewpoint of engineering applications, the prediction of the failure of bogies plays an important role in preventing the occurrence of fatigue. Fatigue is a complex phenomenon affected by many uncertainties (such as load, environment, geometrical and material properties, and so on). The key to predict fatigue damage accurately is how to quantify these uncertainties. A Bayesian model is used to account for the uncertainty of various sources when predicting fatigue damage of structural components. In spite of improvements in the design of fatigue-sensitive structures, periodic non-destructive inspections are required for components. With the help of modern nondestructive inspection techniques, the fatigue flaws can be detected for bogie structures, and fatigue reliability can be updated by using Bayesian theorem with inspection data. A practical fatigue analysis of welded bogies is utilized to testify the effectiveness of the proposed methods.
Sin, Bong-Su;Kim, Seong-Uk;Kim, Jong-Kyu;Lee, Kwon-Hee
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.1
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pp.102-111
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2017
An automobile ball joint is the element for connecting the control arm and the knuckle arm, allowing rotational motion. The ball joint consists of the stud, plug, socket, and seat. These components are assembled through the caulking process that consists of plugging and spinning. In the existing research, the pull-out strength and gap stiffness were calculated, but we did not consider the uncertainties due to the numerical analysis and production. In this study, the uncertainties of material property and tolerance are considered to predict the distributions of pull-out strength and gap stiffness. Also, pull-out strength and gap stiffness are predicted as the a distribution rather than one deterministic value. Furthermore, a robust design applying the Taguchi method is suggested.
El Maani, Rabii;Makhloufi, Abderahman;Radi, Bouchaib;El Hami, Abdelkhalak
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.4
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pp.441-451
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2017
The need of progress in engineering designs especially for aerospace structure is nowadays becoming a major industry request. The objectives of this work are to quantify the influence of material and operational uncertainties on the performance of the aerodynamic behavior of an Aircraft Wing, and to give a description of the most commonly used methods for reliability based design optimization (RBDO) to point out the advantages of the application of this method in the design process. A new method is proposed, called Safest Point (SP) that can efficiently give the reliability-based optimum solution for freely vibrating structures with and without fluid flow.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.6
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pp.100-107
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1999
This paper describes a probabilistic remaining life assessment program for the creep crack growth. The probabilistic life assessment program is developed to increase the reliability of life assessment. The probabilistic life assessment involves some uncertainties, such as, initial crack size, material properties, and loading condition, and a triangle distribution function is used for random variable generation. The resulting information provides the engineer with an assessment of the probability of structural failure as a function of operating time given the uncertainties in the input data. This study forms basis of the probabilistic life assessment technique and will be extended to other damage mechanisms.
As the first step in discussing the reliability of composite structures, a fundamental study was performed to obtain the scattering characteristics of glass-fiber reinforced plastics (GFRP) and woven carbon fiber reinforced plastics (WCFRP) as well as a reference metal. The Euler buckling load was obtained experimentally for each material. The experiments were conducted for specified rectangular specimens with simply supported edges. A new attachment to realize the simply support boundary conditions for composite materials have been prepared before these experiments. The scattering data in the results for GFRP and WCFRP composites were compared with those of a typical metal of aluminum alloy. The experimental data were also compared with numerical simulations including the uncertainties.
In this paper, the buckling behavior of triaxially braided circular arch with monosymmetric open section subjected to three-point bending was studied experimentally and numerically. First, test specimens were manufactured using vacuum assisted resin transfer molding (VARTM). Then the specimen was tested under three-point bending to determine the ultimate buckling strength. Before performing the numerical analysis, effective material properties of the braided composite were obtained through micro-meso scale analysis virtual testing validated with available test results. Then linear buckling analysis and geometrically non-linear post buckling analysis, established to simulate the test setup, were performed to study the buckling behavior of the composite frame. Analysis results were compared with experimentally obtained ones for verification. The effect of manufacturing defects of tow misalignment, irregular surface and resin rich region, and uncertainties during test setup were studied using numerical models. From the numerical analyses performed it was observed that both manufacturing defect and uncertainties had effect on the buckling behavior and strength.
Inevitable source-uncertainties in geometry configuration, boundary condition, and material properties may deviate the structural dynamics from its expected responses. This paper aims to examine the influence of these uncertainties on the vibration of functionally graded beams. Finite element procedures are presented for Timoshenko beams and utilized to generate reliable datasets. A prerequisite to the uncertainty quantification of the beam vibration using Monte Carlo simulation is generating large datasets, that require executing the numerical procedure many times leading to high computational cost. Utilizing artificial neural networks to model beam vibration can be a good approach. Initially, the optimal network for each beam configuration can be determined based on numerical performance and probabilistic criteria. Instead of executing thousands of times of the finite element procedure in stochastic analysis, these optimal networks serve as good alternatives to which the convergence of the Monte Carlo simulation, and the sensitivity and probabilistic vibration characteristics of each beam exposed to randomness are investigated. The simple procedure presented here is efficient to quantify the uncertainty of different stochastic behaviors of composite structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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