Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.136-142
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2006
Optimization of the aircraft panel assembly constructed by skin and stringers is investigated. For the design of panel assembly of the aircraft structure, it is necessary to determine the best shape of the stringer which accomplishes lowest weight under the condition of no instability. A panel assembly can fail in a variety of instability modes under compression. Overall modes of flexure or torsion can occur and these can interact in a combined flexural/torsion mode. Flexure and torsion can occur symmetrically or anti-symmetrically. Local instabilities can also occur. The local instabilities considered in this paper are buckling of the free and attached flanges, the stiffener web and the inter-rivet buckling. A program is developed to find out critical load for each instability mode at the specific stringer shape. Based on the developed program, optimization is performed to find optimum stringer shape. The developed instability analysis program is not adequate for sensitivity analysis, therefore RSM (Response Surface Method) is utilized instead to model weight and instability constraints. Since the problem has many local minimum, Genetic algorithm is utilized to find global optimum.
Andre Felipe Aparecido de Mello;Leandro Mouta Trautwein;Luiz Carlos de Almeida;Rafael Alves de Souza
Computers and Concrete
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v.34
no.1
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pp.1-14
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2024
The design of disturbed regions in reinforced concrete structures usually applies the well known Strut and Tie Method (STM). As an alternative, the Stringer-Panel Method (SPM), an intermediate model between STM and the Finite Element Method (FEM), consists in dividing a structure into two distinct elements: the stringers (which carry axial forces) and panels (which carry shear forces). SPM has already showed good applicability in manual calculations and computer implementations, and its most known application was SPanCAD, an AutoCAD plugin for linear and nonlinear analysis by SPM. Unfortunately, SPanCAD was discontinued by the developers, and it's not compatible with the most recent versions of AutoCAD. So, this paper aims to present a computer program that was developed as an upgrade to the latter: the Stringer Panel Modelling Tool (SPMTool), which is intended to be an auxiliary design tool and it presents improvements, in comparison to SPanCAD. It is possible to execute linear and nonlinear analysis by three distinct formulations: Modified Compression Field Theory (MCFT), Disturbed Stress Field Model (DSFM) and Softened Membrane Model (SMM). The nonlinear results were compared to experimental data of reinforced concrete elements that were not designed by SPM; these elements were also analyzed in SPanCAD. On overall, SPMTool made more realistic predictions to the behavior of the analyzed structures than SPanCAD. Except for DSFM predictions for corbels (1.24), in overall average, the ultimate load predictions were conservative (0.85 to 0.98), which is a good aspect for a design tool. On the other hand, the cracking load predictions presented overestimations (1.06 to 1.47) and higher variations (25.59% to 34.25%) and the post-cracking behavior could not be accurately predicted; for this use case, a more robust finite element software is recommended.
This paper presents a novel geometric modeling technique to predict the mechanical properties of an aircraft wing's skin-stringer integrated panel. Due to mechanical and adhesive fastening, this panel is vulnerable to stress concentration and debonding, so we designed it to integrate the skin and stringer using three-dimensional woven composites. Geometric modeling was conducted by measuring the geometric parameters of the specimen and defining the pattern of the yarns as functions. We used a weighted average model with iso-strain and iso-stress assumptions to predict the mechanical properties of the panel parts. We then compared the results of a finite element analysis with a compression test to verify the accuracy of our model. Our proposed technique proved to be more efficient than the traditional experimental method for predicting the mechanical properties of skin-stringer integrated panels.
Skin-stringer structures are widely used in aircrafts due to their advantage of minimizing structural weight while maintaining load carrying capacity. However, buckling load can cause serious damage to these structures. Therefore, the buckling characteristics of skin-stringer structures should be carefully considered during the design phase to ensure structural soundness. In this study, finite element method was applied to predict the buckling characteristics of stiffened panels. In terms of the failure mode, finite element analysis showed a symmetrical buckling mode, whereas an asymmetrical mode was determined by experimentation. The numerical results were obtained and compared to the experimental data, showing a difference of 9.3% with regard to the buckling loads.
In this paper, postbuckling behavior of laminated composite-stringer stiffened-curved panels loaded in local compression is analyzed using the finite element program developed. Postbuckling Analysis is performed in dividing the panel behavior into three basic parts. The eight node degenerated shell element is used in modelling both panel and stiffeners, and the updated Lagrangian description method based on the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used for the nonlinear finite element formulation. The progressive failure analysis is adopted in order to grasp the failure characteristics. The postbuckling experiment of the laminated composite-stiffened-curved panel had been done to verify the finite element analysis. The buckling load and the postbuckling ultimate load are compared in parametric study.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.7
no.1
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pp.7-15
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2020
In this paper the crack growth, modeling, and simulation of the stiffened and un-stiffened cracked panels presented using commercially available finite element software packages. Computation of stresses and convergence of stress intensity factor for single edge notch (SEN) specimens carried out using the finite element method (FEM) and extended finite element method (XFEM) and compared with an analytical solution. XFEM techniques like cohesive segment method and LEFM using virtual crack closure technique (VCCT), used for crack growth analysis and presented results for un-stiffened and stiffened panels considering various crack domain. The non-linear analysis considering both geometric and material non-linearity on stiffened panels with various stringers like a blade, L, inverted T and Z sections the results were presented. Arrived at the optimum stringer section type for the considered panel under axial loading from the numerical analysis.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.2
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pp.57-62
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2003
The block assembly of ship consists of a certain type of heat processes such as cutting, bending, welding, residual stress relaxation and fairing. The residual deformation due to welding is inevitable at each assembly stage. The geometric inaccuracy caused by the welding deformation tends to preclude the introduction of automation and mechanization and needs the additional man-hours for the adjusting work at the following assembly stage. To overcome this problem, a distortion control method should be applied. For this purpose, it is necessary to develop an accurate prediction method which can explicitly account for the influence of various factors on the welding deformation. The validity of the prediction method must be also clarified through experiments. This paper proposes a simplified analysis method to predict the welding deformation of panel block structure. For this purpose, a simple prediction model for fillet welding deformations has been derived based on numerical and experimental results through the regression analysis. On the basis of these results, the simplified analysis method has been applied to some examples to show its validity.
In this paper, a composite stiffened panel was fabricated using a three-dimensional weaving method that can reduce the risk of delamination, and mechanical properties such as buckling load and natural frequency were investigated. The preform of the stringer and skin of the stiffened panel were fabricated in one piece using T800 grade carbon fiber and then, resin (EP2400) was injected into the preform. The compression test and natural frequency measurement were performed for the stiffened panel, and the results were compared with the finite element analyses. In order to compare the performance of 3D weaving structures, the stiffened panels with the same configuration were fabricated using UD and 2D plain weave (fabric) prepregs. Compared to the tested buckling load of the 3D woven panel, the buckling loads of the stiffened panels of UD prepreg and 2D plain weave exhibited +20% and -3% differences, respectively. From this study, it was confirmed that the buckling load of the stiffened panel manufactured by 3D weaving method was lower than that of the UD prepreg panel, but showed a slightly higher value than that of the 2D plain weave panel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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