In this paper, we will analyse the thermo-elastic behavior of the plate element of a structure arranged in a climatically aggressive environment (extreme temperature), we use a refined four-variable thick plate theory to take the shear effect into consideration, the proposed theory less computationally expensive and more accurate so that it incorporates the shear effect into the formulation. The plate is assumed to be simply supported on its four edges, so exact (closed-form) solutions are found according to the Navier expansion, and the governing stability equations and associated boundary conditions of the problem are obtained via the virtual works principle. The plate studied ismade of laminated composite materials, so a parametric study is needed to see the effect of different types of parameters and coupling on the critical temperature value causing thermo-elastic instability of the plate and also on the natural frequency of free vibration, as well as for other parameters such as anisotropy, slenderness and aspect ratio of the plate and finally the lamination angle. Numerical results are obtained for specially orthotropic and antisymmetrical plates and are compared with those obtained by othertheoriesin the literature to validate the analysis approach used.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.2
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pp.147-158
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2004
For stiffened plates composed of composite materials, many researchers have used a finite element method which connected isoparametric plate elements and beam elements. However, the finite element method is difficult to reflect local behavior of stiffener because beam elements are transferred stiffness for nodal point of plate elements, especially the application is limited in case of laminated composite structures. In this paper, for analysis of laminated composite stiffened plates, 3D shell elements for stiffener and plate are employed. Reissner-Mindlin's first order shear deformation theory is considered in this study. But when thickness will be thin, isoparamatric plate bending element based on the theory of Reissner-Mindlin is generated by transverse shear locking. To eliminate the shear locking and virtual zero energy mode, the substitute shear strain field is used. A deflection distribution is investigated for simple supported rectangular and skew stiffened laminated composite plates with arbitrary orientation stiffener as not only variation of slenderness and aspect ratio of the plate but also variation of skew angle of skew stiffened plates.
Rocking behavior of shallow foundation reduces the superstructure load during earthquake. However, because of deficiency of understanding of rocking mechanism and soil permanent deformation, it has not been applied to real construction. In this study, slow cyclic tests were conducted for embedded shallow foundations with various slenderness ratio via centrifuge tests. From the variation of earth pressure 'soil rounding surface' phenomenon which makes maximum overturning moment equal to ultimate moment capacity was observed. Rocking and sliding behavior mechanism was evaluated. Also, nonlinear behavior and energy dissipation increase as rotation angle increases. And ultimate moment capacity of embedded foundation is larger than that of surface foundation. Finally, adequate ultimate moment capacity can be suggested for seismic design through this study.
Kim, Hee-Soo;Lee, Kee-Sei;Lee, Jeong-Hwa;Choi, Jun-Ho;Kang, Young-Jong
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.10
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pp.6504-6510
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2015
Horizontally curved I-girders are subjected to not only bending moments but also torsional moments. The torsional moment of the plate girder is addition of St. Venant torsion and non-uniform torsion. In the flange of I-shaped plate girder, a kind of open-section, the normal stresses is not distributed uniformly due to the non-uniform torsion. Because of that, one of compression flange tip can be yielded faster than the flange of general straight girder. In other words, the flange local buckling strength is decreased when the girder has initial curvature. In this paper, the numerical analysis is conducted to investigate the average stresses in flange for curved girders. The subtended angle and slenderness ratio are taken as parameters.
Kim, Sang-Hyun;Han, Jae-Jun;Chung, Jin-Taek;Kim, Yun-Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.11
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pp.1379-1386
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2013
The present work reports the mismatch limit loads for a V-groove welded pipe for a circumferential crack using finite element (FE) analyses. To integrate the effect of groove angles on mismatch limit loads, one geometry-related slenderness parameter was modified by relevant geometric parameters including the groove angle, crack depth, and root opening based on plastic deformation patterns in the theory of plasticity. Circumferential through-wall cracks are located at the centre of the weldments with two different groove angles ($45^{\circ}$, $90^{\circ}$). With regard to the loading conditions, axial (longitudinal) tension and bending are applied for all cases. For the parent and weld metal, elastic-perfectly plastic materials are considered to simulate and analyze under- and over-matching conditions in plasticity. The overall results from the proposed solutions are found to be similar to the FE results.
Kim, Joo-Hyun;Park, Joo-Shin;Lee, Kyung-Hun;Kim, Jeong-Hyeon;Kim, Myung-Hyun;Lee, Jae-Myung
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.6
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pp.705-726
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2014
In general, cylindrically curved plates are used in ships and offshore structures such as wind towers, spa structures, fore and aft side shell plating, and bilge circle parts in merchant vessels. In a number of studies, it has been shown that curvature increases the buckling strength of a plate under compressive loading, and the ultimate load-carrying capacity is also expected to increase. In the present paper, a series of elastic and elastoplastic large deflection analyses were performed using the commercial finite element analysis program (MSC.NASTRAN/PATRAN) in order to clarify and examine the fundamental buckling and collapse behaviors of curved plates subjected to combined axial compression and lateral pressure. On the basis of the numerical results, the effects of curvature, the magnitude of the initial deflection, the slenderness ratio, and the aspect ratio on the characteristics of the buckling and collapse behavior of the curved plates are discussed. On the basis of the calculated results, the design formula was developed to predict the buckling and ultimate strengths of curved plates subjected to combined loads in an analytical manner. The buckling strength behaviors were simulated by performing elastic large deflection analyses. The newly developed formulations were applied in order to perform verification analyses for the curved plates by comparing the numerical results, and then, the usefulness of the proposed method was demonstrated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.223-230
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2014
In this paper, the wind-induced response characteristics of freeform shaped tall building is studied by using FSI analysis. The analytical models are twist shaped ones at representing type of atypical tall building, and this study focused on the relationship between twist angle and wind acceleration. Firstly, 1-way FSI analysis is performed, so maximum lateral displacement of the analytical model for 100 years return period wind speed is calculated, then the elastic modulus of a structure that satisfies the constraints condition is evaluated. And 2-way FSI analysis is carried out. so acceleration of the analytical model for the evaluated modulus of elasticity and arbitrary density is predicted through time history analysis. The basic model is a set of a square shape, height is 400m, slenderness ratio is 8, and twist model is rotated at square model from 0 to 90 degrees at intervals of 15 degrees and from 90 to 360 degrees at intervals of 90 degrees. According to the result of predicting wind acceleration by the shape of each model, the wind vibration effect of square shape model is confirmed to be sensitive more than a twist shape ones.
This disquisition proposes a nonlocal strain gradient beam theory for thermo-mechanical dynamic characteristics of embedded smart shear deformable curved piezoelectric nanobeams made of porous electro-elastic functionally graded materials by using an analytical method. Electro-elastic properties of embedded curved porous FG nanobeam are assumed to be temperature-dependent and vary through the thickness direction of beam according to the power-law which is modified to approximate material properties for even distributions of porosities. It is perceived that during manufacturing of functionally graded materials (FGMs) porosities and micro-voids can be occurred inside the material. Since variation of pores along the thickness direction influences the mechanical and physical properties, so in this study thermo-mechanical vibration analysis of curve FG piezoelectric nanobeam by considering the effect of these imperfections is performed. Nonlocal strain gradient elasticity theory is utilized to consider the size effects in which the stress for not only the nonlocal stress field but also the strain gradients stress field. The governing equations and related boundary condition of embedded smart curved porous FG nanobeam subjected to thermal and electric field are derived via the energy method based on Timoshenko beam theory. An analytical Navier solution procedure is utilized to achieve the natural frequencies of porous FG curved piezoelectric nanobeam resting on Winkler and Pasternak foundation. The results for simpler states are confirmed with known data in the literature. The effects of various parameters such as nonlocality parameter, electric voltage, coefficient of porosity, elastic foundation parameters, thermal effect, gradient index, strain gradient, elastic opening angle and slenderness ratio on the natural frequency of embedded curved FG porous piezoelectric nanobeam are successfully discussed. It is concluded that these parameters play important roles on the dynamic behavior of porous FG curved nanobeam. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of curve FG nanobeam with porosity phases.
Kim, Sung-Bae;Lee, Chang-Nam;Yoon, Yeong-Ho;Kim, Sang-Seup
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.4
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pp.89-98
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2007
The purpose of this study is to experimentally evaluate the structural behavior of built-up type column consisted of angles and y-shape steel sheet forms for filling concrete. This column for minimizing form working and reinforcement placing is able to improve capacity of construction and reduce the term of works. Thirteen 1/3 scaled columns were fabricated. The main variables are 1) effect of angles and y-shape steel sheets of fabricated columns, 2) slenderness of column, 3) eccentricity of column. The results show that the experimental capacity of built-up type column is similar to theoretical one by reinforcement concrete design code. The maximum loads increase according to the rate of angle to cross section of column.
Kim, Jang-Ho Jay;Yi, Na-Hyun;Phan, Duc-Hung;Kim, Sung-Bae;Lee, Kang-Won
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.4
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pp.535-546
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2010
Recently, the probability of collision accident between vehicles or vessels and infrastructures are increasing at alarming rate. Particularly, collision impact load can be detrimental to sub-structures such as piers and columns. The damaged pier from an impact load of a vehicle or a vessel can lead to member damages, which make the member more vulnerable to impact load due to other accidents which. In extreme case, may cause structural collapse. Therefore, in this study, the vehicle impact load on concrete compression member was considered to assess the quantitative design resistance capacity to improve, the existing design method and to setup the new damage assessment method. The case study was carried out using the LS-DYNA, an explicit finite element analysis program. The parameters for the case study were cross-section variation of pier, impact load angle, permanent axial load and axial load ratio, concrete strength, longitudinal and lateral rebar ratios, and slenderness ratio. Using the analysis results, the performance based resistance capacity evaluation method for impact load using satisfaction curve was developed using Bayesian probabilistic method, which can be applied to reinforced concrete column design for impact loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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