In order to trace the lateral post-buckling behaviors of thin-wafled space frames, a geometrically nonlinear finite element formulation is presented by applying incremental equilibrium equations based on the updated Lagrangian formulation and introducing Vlasov's assumption. The improved displacement field for symmetric thin-walled cross sections is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations, and the potential energy corresponding to the semitangential rotations and moments is consistently derived. For finite element analysis, tangent stiffness matrices of the thinwalled space frame element with 7 degrees of freedom including the restrained warping for each node are derived by using the Hermition polynomials as shape functions. A co-rotational formulation in order to evaluate the unbalanced loads is presented by separating the rigid body rotations and pure deformations from incremental displacements and evaluating the updated direction cosines of the frame element due to rigid body rotations and incremental member forces from pure deformations. Finite element solutions for the spatial buckling and post-buckling analysis of thin-walled space frames are presented and compared with available solutions and other researcher's results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.26-32
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2005
In this paper, the vibration response of the spacecraft solar array is investigated. The solar array model consists of composite thin walled beam and solar blanket, spreader bar. The composite thin walled beam incorporates a number of nonclassical effects of transverse shear, primary and secondary warping, rotary inertia and anisotropy of constituent materials. The solar blanket is a membrane subjected to uniform tension in the z direction. The spreader bar is a rigid member. A coupled thermal structure analysis that includes the effects of structural deformations on heating and temperature gradient is investigated. A stability criterion given in parameters for establishes the conditions for thermal flutter.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.99-104
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2001
Thermally induced vibration response of solar array is investigated. The solar array model consists of composite thin walled beam and solar blanket, spreader bar. The composite thin walled beam incorporates a number of nonclassical effects of transverse shear, primary and secondary warping, rotary inertia and anisotropy of constituent materials. The solar blanket is a membrane subjected to uniform tension in the z direction. The spreader bar is a rigid member. A coupled thermal structure analysis that includes the effects of structural deformations on heating and temperature gradient is investigated. A stability criterion given in parameters for establishes the conditions for thermal flutter.
The present paper, deals with the dynamic analysis of a thin-walled tower with varying cross-section and additional masses. It, especially, deals with the effect of the rotary inertia of those masses, which have been neglected up to now. Using Galerkin's method, we can find the spectrum of the eigenfrequencies and, also, the shape functions. Finally, we can solve the equations of the problem of the forced vibrations, by using Carson-Laplace's transformation. Applying this method on a tall mast with 2 concentrated masses, we can examine the effect of the rotary inertia and the diaphragmatic operation of the above masses, on the 3 first eigenfrequencies.
Numerical solutions for the linear buckling behavior of thin-walled circular hollow section members (CHS) with and without longitudinal stiffeners are presented using the semi-analytical finite strip method (SAFSM) which is developed based on Marguerre's shallow shell theory and Kirchhoff's assumption. The formulation of 3-nodal line finite strip is presented. The CHS members subjected to uniform axial compression, uniform bending, and combination of compression and bending. The buckling behavior of CHS is investigated through buckling curves which relate buckling stresses to lengths of the member. Effects of longitudinal stiffeners are studied with the change of its dimensions, position, and number.
Kim, Nam-Il;Jung, Sung-Yeop;Lee, Jun-Seok;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.2
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pp.113-125
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2007
Improved numerical method to obtain the exact stiffness matrices is newly proposed to perform the spatially coupled elastic and stability analyses of non-symmetric and open/closed thin-walled beam on elastic foundation. This method overcomes drawbacks of the previous method to evaluate the exact stiffness matrix for the spatially coupled stability analysis of thin-walled beam-column This numerical technique is accomplished via a generalized eigenproblem associated with 14 displacement parameters by transforming equilibrium equations to a set of first order simultaneous ordinary differential equations. Next polynomial expressions as trial solutions are assumed for displacement parameters corresponding to zero eigenvalues and the eigenmodes containing undetermined parameters equal to the number of zero eigenvalues are determined by invoking the identity condition. And then the exact displacement functions are constructed by combining eigensolutions and polynomial solutions corresponding to non-zero and zero eigenvalues, respectively. Consequently an exact stiffness matrix is evaluated by applying the member force-deformation relationships to these displacement functions. In order to illustrate the accuracy and the practical usefulness of this study, the numerical solutions are compared with results obtained from the thin-walled beam and shell elements.
The underlying advantages of using thin-walled corrugatedwebs instead of plate girders with stiffeners are the elimination of instability problems associated with buckling of the thin-walled flat plate, and elimination of the need for transverse stiffeners, which alsoresults in economic advantages. This paper focuses on two aspects related to the structural design technique forsinusoidal corrugated web steel beams, and the optimum design of the beams using real-value genetic algorithms. The structural design process and design variables used in this optimization werecomposed with EN 1993-1-5, DASt-R015 standard and Pasternak et al. (2004), and the valid design capacity of shear buckling of the standards were compared. For the optimum structural design, the objective function, presented as the fullweight of the sinusoidal corrugated web beams, and the slenderness, member forces, and maximum deflection of the beam, were considered constraints. Finally, the simple beam under the uniform load was adopted as a numerical example, and the effective probability parameters of the genetic operators were considered to find the global minimum point.
Park, Myeung Kyun;Kim, Han Sik;Chung, Hyun Suk;Kwon, Yunng Bong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.2
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pp.349-356
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2002
Cold-Formed C-section and Lipped C-section are commonly used as structural members of steel houses in Korea. Both are made of SGC41 steel. However, special Cold-Formed Sections with unique cross sectional shape have been developed and widely used in advanced countries. This research focused on the newly developed thin-walled Cold-Formed Sections which possess not only high strength and stiffness but also other advantages in construction. A series of compression tests was conducted to investigate the structural behavior of a compression member, including its load carrying capacity. Test results were compared with analytical study results.
Kvedaras, Audronis Kazimieras;Sauciuvenas, Gintas;Komka, Arunas;Jarmolajeva, Ela
Steel and Composite Structures
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v.19
no.2
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pp.293-308
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2015
Interaction between the external thin-walled steel tube and the internal concrete core significantly increases the bending resistance of composite beams and beam-columns in comparison with the steel or concrete members. There is presented a developed method for design of hollow and solid concrete-filled steel tubular beams based on test data, which gives better agreement with test results than EC4 because its limitation to take an increase in strength of concrete caused by confinement contradicts the recommendation of 6.7.2(4) that full composite action up to failure may be assumed between steel and concrete components of the member. Good agreement between the results of carried out experimental, numerical and theoretical investigations allows recommending the proposed method to use in design practice.
Ahmed M. Sheta;Xing Ma;Yan Zhuge;Mohamed A. ElGawady;Julie E. Mills;El-Sayed Abd-Elaal
Steel and Composite Structures
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v.46
no.1
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pp.75-92
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2023
The novel composite cold-formed steel (CFS)/engineered cementitious composites (ECC) beams have been recently presented. The new composite section exhibited superior structural performance as a flexural member, benefiting from the lightweight thin-walled CFS sections with improved buckling and torsional properties due to the restraints provided by thinlayered ECC. This paper investigated the shear performance of the new composite CFS/ECC section. Twenty-eight simply supported beams, with a shear span-to-depth ratio of 1.0, were assembled back-to-back and tested under a 3-point loading scheme. Bare CFS, composite CFS/ECC utilising ECC with Polyethylene fibres (PE-ECC), composite CFS/MOR, and CFS/HSC utilising high-strength mortar (MOR) and high-strength concrete (HSC) as replacements for PE-ECC were compared. Different failure modes were observed in tests: shear buckling modes in bare CFS sections, contact shear buckling modes in composite CFS/MOR and CFS/HSC sections, and shear yielding or block shear rupture in composite CFS/ECC sections. As a result, composite CFS/ECC sections showed up to 96.0% improvement in shear capacities over bare CFS, 28.0% improvement over composite CFS/MOR and 13.0% over composite CFS/HSC sections, although MOR and HSC were with higher compressive strength than PE-ECC. Finally, shear strength prediction formulae are proposed for the new composite sections after considering the contributions from the CFS and ECC components.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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