Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.3
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pp.21-27
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2016
The static and dynamic structural integrity qualification was performed through the seismic analysis of a small-size Savonius-type vertical wind turbine at dead weight plus wind load and seismic loads. The ANSYS finite element program was used to develop the FEM model of the wind turbine and to accomplish static, modal, and dynamic frequency response analyses. The stress of the wind turbine structure for each wind load and dead weight was calculated and combined by taking the square root of the sum of the squares (SRSS) to obtain static stresses. Seismic response spectrum analysis was also carried out in the horizontal (X and Y) and vertical (Z) directions to determine the response stress distribution for the required response spectrum (RRS) at safe-shutdown earthquake with a 5% damping (SSE-5%) condition. The stress resulting from the seismic analysis in each of the three directions was combined with the SRSS to yield dynamic stresses. These static and dynamic stresses were summed by using the same SRSS. Finally, this total stress was compared with the allowable stress design, which was calculated based on the requirements of the KBC 2009, KS C IEC 61400-1, and KS C IEC 61400-2 codes.
The submarine is an underwater weapon system which covertly attacks the enemy. Pressure hull of a submarine is a main system which has to have a capacity which can improve the survivability (e.g., protection of crews) from the high pressure and air pollution by a leakage of water, a fire caused by outside shock, explosion, and/or operational errors. In addition, pressure hull should keep the functional performance under the harsh environment. In this study, optimal design of submarine pressure hull is dealt with 7 case studies done by analytic method and then each result's adequacy is verified by numerical method such as Finite Element Analysis (FEA). For the structural analysis by FEM, material non-linearity and geometric non-linearity are considered. After FEA, the results by analytic method and numerical method are compared. Weight optimized pressure hull initial scantling methods are suggested such as a ratio with shell thickness, flange width, web height and/or relations with radius, yield strength and design pressure (DP). The suggested initial scantling formulae can reduce the pressure hull weight from 6% and 19%.
Al-Rousan, Rajai Z.;Alhassan, Mohammed A.;Al-Salman, Harith
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.3
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pp.373-380
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2017
Concrete structures are often subjected to long-term static and short-term dynamic loads. Due to a relatively low tensile strength and energy dissipating characteristics, the impact resistance of concrete is considered poor. This study investigates the feasibility of using polypropylene fibers to improve the impact resistance of reinforced concrete slabs. Fourteen polypropylene fiber reinforced concrete slabs were fabricated and tested using a drop weight test. The effects of slab thickness, fiber volume fractions, and impact energy on the dynamic behaviors were evaluated mainly in terms of impact resistant, crack patterns, and failure modes. The post impact induced strains versus time responses were obtained for all slabs. The results showed that adding the polypropylene fiber at a dosage of 0.90% by volume of concrete leads to significant improvement in the overall structural behavior of the slabs and their resistance to impact loading. Interestingly, the enhancement in the behavior of the slabs using a higher fiber dosage of 1.2% was not as good as achieved with 0.90%.
This study analyzed stresses in concrete and its reinforcement, computing the additional loading transferred by concrete creep. The loading varied from zero, structure exclusively under its self-weight, up to the critical buckling load. The studied structure was a real, tapered, reinforced concrete pole. As concrete is a composite material, homogenizing techniques were used in the calculations. Due to the static indetermination for determining the normal forces acting on concrete and reinforcement, equations that considered the balance of forces and compatibility of displacement on cross-sections were employed. In the mathematical solution used to define the critical buckling load, all the elements of the structural dynamics present in the system were considered, including the column self-weight. The structural imperfections were linearized using the geometric stiffness, the proprieties of the concrete were considered according to the guidelines of the American Concrete Institute (ACI 209R), and the ground was modeled as a set of distributed springs along the foundation length. Critical buckling loads were computed at different time intervals after the structure was loaded. Finite element method results were also obtained for comparison. For an interval of 5000 days, the modulus of elasticity and critical buckling load reduced by 36% and 27%, respectively, compared to an interval of zero days. During this time interval, stress on the reinforcement steel reached within 5% of the steel yield strength. The computed strains in that interval stayed below the normative limit.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.1639-1644
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2015
A study on design and structural strength analysis of a positioner in robot overlay welding system of a ball for ball-valves. Turning-unit of positioner modeled, analysis was conducted by assuming the beam. Turning-unit is applied to the stress, it was shown by 366.85MPa when weight of the ball is $9,000kg_f$. This value is higher than the yield strength of the material. Based on the results of previous, it was modeled the turning-unit by modifying. Results of analysis by a modified modeling, The value of stress was confirmed to 296.11MPa. This value is a value lower than the yield strength of the material, it was found to support the weight of the ball.
In aerospace industry, the improvement of structural performance of fight structure without increasing weight has great advantage. In this study. an innovative design method to increase the buckling load and tension failure load at the same time without increasing the weight of composite plates was investigated. By using the curvilinear fiber format a method to increase the buckling load and tension failure load simultaneously was investigated for composite plates with central hole with finite element method. It was investigated how much gain can be obtained with curvilinear fiber format for the plates with different hole size and different stacking sequence. And, for the cases studied, the failure mechanism was also investigated. For the manufacturing of the curvilinear fiber format, smoothly and continuously changing fiber path is necessary. In this study, a simple method to find the smoothly changing fiber path by using the fiber angles obtained with finite element method was presented.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.83-86
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2005
The front-end side members of automobiles, such as the hat-shaped section member, absorb most of the energy during the front-end collision. The side members absorb more energy in collision if they have higher strength and stiffness, and stable folding capacity (local buckling). Using the above characteristics on energy absorption, vehicle should be designed light-weight to improve fuel combustion ratio and reduce exhaust gas. Because of their specific strength and stiffness, CFRP are currently being considered for many structural (aerospace vehicle, automobiles, trains and ships) applications due to their potential for reducing structural weight. Although CFRP members exhibit collapse modes that are significantly different from the collapse modes of metallic materials, numerous studies have shown that CFRP members can be efficient energy absorbing materials. In this study, the CFRP side members were manufactured using a uni-directional prepreg sheet of carbon/Epoxy and axial static collapse tests were performed for the members. The collapse mode and the energy absorption capability of the members were analyzed under the static load.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.5
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pp.393-405
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2017
This paper deals with the buckling strength of the skirt structure in the spherical LNG carriers. The spherical cargo tank systems consist of spherical tank, skirt, tank cover, pump tower, etc. The skirt supports the spherical cargo tank and is connected with ship hull structure. It is designed to act as a thermal brake between the tank and the hull structure by reducing the thermal conduction from the tank to the supporting structure. It is built up of three parts, upper aluminum part, middle stainless steel part and lower carbon steel part. The 150K spherical LNG carrier was designed and carried out the strength verification under Classification Societies Rule. The design loads due to acceleration, thermal distribution, self-weight and cargo weight were estimated considering requirements of the Class Rule and numerical simulation analyses. Based on the obtained design loads and experienced project data, the initial structure scantling was carried out. To verify the structural integrity, theoretical and numerical analyses were carried out and strength was evaluated aspect of buckling capacity. The results by LR and DNV design code are shown and discussed.
Votsis, Renos A.;Stratford, Tim J.;Chryssanthopoulos, Marios K.;Tantele, Elia A.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.2
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pp.205-215
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2017
The use of advanced fibre composite materials in bridge engineering offers alternative solutions to structural problems compared to traditional construction materials. Advanced composite or fibre reinforced polymer (FRP) materials have high strength to weight ratios, which can be especially beneficial where dead load or material handling considerations govern a design. However, the reduced weight and stiffness of FRP footbridges results in generally poorer dynamic performance, and vibration serviceability is likely to govern their design to avoid the footbridge being "too lively". This study investigates the dynamic behaviour of the 51.3 m span Wilcott FRP suspension footbridge. The assessment is performed through a combination of field testing and finite element analysis, and the measured performance of the bridge is being used to calibrate the model through an updating procedure. The resulting updated model allowed detailed interpretation of the results. It showed that non-structural members such as the parapets can influence the dynamic behaviour of slender, lightweight footbridges, and consequently their contribution must be included during the dynamic assessment of a structure. The test data showed that the FRP footbridge is prone to pedestrian induced vibrations, although the measured response levels were lower than limits specified in relevant standards.
The recent large-spatial structures are frequently made from light-weight structural system and it has a good mechanical efficiency and uses new materials. The large space is made by light-weight structural system using tension members mainly, and generally it is called a soft structure. The cable dome structures which are a soft structures are very flexible, the stresses and nodal coordinates of other members are changed when we control the stress of one member. Therefore, we have to do two kind of works for effective and accurate construction of the cable dome structures. The first work is making a working scenario to complete the final objective form and the second is revising constructional errors occurred in process of the actual works. These works are called constructional analysis. At this time, we have to consider geometric nonlinearity to reflect the sensitivity by the initial stresses of cable dome structures, and constructional analysis comes down to a nonlinear problem after all. In this study, we try to approach the constructional analysis of the cable dome structures using the numerical method, and then verify it.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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