We present in this paper a finite element formulation for nonlinear torsional analysis of 3D beams with arbitrary composite cross-sections. Since the proposed formulation employs a continuum mechanics based beam element with kinematics enriched by the extended St. Venant solutions, it can precisely account higher order warping effect and its 3D couplings. We propose a numerical procedure to calculate the extended St. Venant equation and the twisting center of an arbitrary composite cross-section simultaneously. The accuracy and efficiency of the proposed formulation are thoroughly investigated through representative numerical examples.
Bouazza, Mokhtar;Antar, Kamel;Amara, Khaled;Benyoucef, Samir;Bedia, El Abbes Adda
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.5
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pp.555-566
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2019
The purpose of this paper is to investigate the thermal effects on the behaviour reinforced-concrete beams strengthened by bonded angle-ply laminated composites laminates plate $[{\pm}{\theta}n/90m]_S$. Effects of number of $90^{\circ}$ layers and number of ${\pm}{\theta}$ layers on the distributions of interfacial stress in concrete beams reinforced with composite plates have also been studied. The present results represent a simple theoretical model to estimate shear and normal stresses. The effects the temperature, mechanical properties of the fibre orientation angle of the outer layers, the number of cross-ply layers, plate length of the strengthened beam region and adhesive layer thickness on the interfacial shear and normal stresses are investigated and discussed.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.36-41
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2011
This study proposes a experimental method to evaluate bonding strength of FRPs used for retrofitting concrete structures. Specimens are designed so that debonding failure of FRPs can be induced from reinforced concrete beams retrofitted with two layers of carbon and glass FRPs. And three-point loading tests are performed to see if debonding failure with proper debonding strength is observed from the specimens. The test results show that the tested beams are failed due to debonding of FRPs, therefore, the proposed test method is capable of evaluating debonding strength of FRPs using relatively small normal strength concrete beams.
A shear connection between the steel beam and concrete slab determines the stability of composite beams. An extensive numerical study to evaluate the resistance of the shear connection in a solid slab at high temperature was conducted. Three-dimensional thermo-mechanical finite element models were developed using a dynamic explicit method and concrete damaged plasticity model. Temperature-dependent plasticity parameters of the concrete model were proposed, and the accuracy of the developed model was obtained against experimental data. This investigation has revealed that a stud shearing failure occurs regardless of temperatures, and its shearing location changes in accordance with a rise in temperature. A new strength reduction formula has been presented to estimate the resistance of the shear connection at high temperatures.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.1
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pp.40-46
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2013
This paper presents the design, fabrication and performance of a reinforced concrete beam strengthened by GFRP box plate and its possibility for structural rehabilitations. The load capacity, ductility and failure mode of reinforced concrete structures strengthened by FRP box plate were investigated and compared with traditional FRP plate strengthening method. This is intended to assess the feasibility of using FRP box plate for repair and strengthening of damaged RC beams. A series of four-point bending tests were conducted on RC beams with or without strengthening FRP systems the influence of concrete cover thickness on the performance of overall stiffness of the structure. The parameters obtained by the experimental studies were the stiffness, strength, crack width and pattern, failure mode, respectively. The test yielded complete load-deflection curves from which the increase in load capacity and the failure mode was evaluated.
Zhou, Linyun;Moradi, Zohre;Al-Tamimi, Haneen M.;Ali, H. Elhosiny
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.17-31
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2022
This investigation studies the characteristics of wave dispersion in sigmoid functionally graded (SFG) curved beams lying on an elastic substrate for the first time. Homogenization process was performed with the help of sigmoid function and two power laws. Moreover, various materials such as Zirconia, Alumina, Monel and Nickel steel were explored as curved beams materials. In addition, curved beams were rested on an elastic substrate which was modelled based on Winkler-Pasternak foundation. The SFG curved beams' governing equations were derived according to Euler-Bernoulli curved beam theory which is known as classic beam theory and Hamilton's principle. The resulted governing equations were solved via an analytical method. In order to validate the utilized method, the obtained outcomes were compared with other researches. Finally, the influences of various parameters, including wave number, opening angle, gradient index, Winkler coefficient and Pasternak coefficient were evaluated and indicated in the form of diagrams.
Chinnapandi, Lenin Babu Mailan;Pitchaimani, Jeyaraj;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.6
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pp.829-843
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2022
This manuscript work presents a comprehensive continuum model capable to investigate the effect of porosity on vibro-acoustic behaviour of functionally graded (FG) beams resting on an elastic foundation subjected to thermal and mechanical loadings. Effects of uniform temperature rise and edge compressive load on the sound radiation characteristics are studied in a comparative manner. The numerical analysis is carried out by combining finite element method with Rayleigh's integral. Detailed parametric studies are accomplished, and influences of power law index, porosity volume, porosity distribution and boundary conditions on the vibro-acoustic response characteristics are analyzed. It is found that the vibro-acoustic response under mechanical edge compression is entirely different compared to from that under the thermal load. Furthermore, nature of grading of porosity affects the sound radiation behaviour for both the loads. The proposed model can be used to obtain the suppression performance of vibration and noise FG porous beams under thermal and mechanical loads.
Rajasekaran, S.;Nalinaa, K.;Greeshma, S.;Poornima, N.S.;Kumar, V. Vinoop
Structural Engineering and Mechanics
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v.16
no.5
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pp.557-580
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2003
Laminated composite structures find wide range of applications in many branches of technology. They are much suited for weight sensitive structures (like aircraft) where thinner and lighter members made of advanced fiber reinforced composite materials are used. The orientations of fiber direction in layers and number of layers and the thickness of the layers as well as material of composites play a major role in determining the strength and stiffness. Thus the basic design problem is to determine the optimum stacking sequence in terms of laminate thickness, material and fiber orientation. In this paper, a new optimization technique called Cellular Automata (CA) has been combined with Genetic Algorithm (GA) to develop a different search and optimization algorithm, known as Cellular Genetic Algorithm (CGA), which considers the laminate thickness, angle of fiber orientation and the fiber material as discrete variables. This CGA has been successfully applied to obtain the optimal fiber orientation, thickness and material lay-up for multi-layered composite hybrid beams plates and shells subjected to static buckling and dynamic constraints.
Kim, Hyeong-Sam;Lee, Jae-Hyeok;Lee, Dong-Sik;Park, Se-Man
Korean Journal of Materials Research
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v.8
no.9
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pp.843-848
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1998
The Usages of composite materials have been steadily on the rise in the industries of automobiles, air crafts, shipbuilding and other structures for transportations. Commonly required in those industries are light weight and high strength of the structures. Consequently, serious efforts in research have been focused on searching for light materials and on developments and characterizations of advanced substitutes including various kinds of composite materials. In this investigation, transversely isotropic composite materials are chosen and formed into two kinds of beams; Euler-Bernoulli beam(thin team) and Timoshenko beam(thick beam) for determinations of elastic constants. As an experimental technique Impulse Excitation Method is utilized to measure resonance frequencies of the beams of the composite materials in vibration tests. Elastic constants are evaluated from measured resonance frequencies for the two types of beams to observe and establish possible existence of effects of rotary inertia and shear deformations.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.3
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pp.35-40
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2010
The specially orthotropic plate theory is used for analysis of panels made of girders and cross-beams. The cross-sections of both girders and cross-beams are H-types. The results of application of this method to rolled beam bridge by using specially orthotropic plate theory is presented. The result is compared with that of the beam theory. Finite difference method is used for this purpose. The influence of the $D_{22}$ stiffness on the natural frequency is rigorously investigated. According to numerical examination given in this paper, the result by the plate theory is 2.43 times stiffer than that of beam theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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