Due to the asymmetric cross-section of unequal-angle steel, the application of loads can induce axial rotation, leading to a series of buckling failure behaviors. Special attention must be paid during the design process. The present study aims to analyze the structural behavior of asymmetric steel angle members under various eccentric loading conditions, considering the complex biaxial bending interaction that arises when the angle steel is connected to the panel. Several key factors are investigated in this paper, including the effects of uniaxial and biaxial eccentricity on the structural behavior and the eccentric axial compression strength of long and short legs at different load application points. Potential risks associated with the specified load points, based on the AISC specifications, are also discussed. The study observed that the strength values of the members exhibited significant changes when the eccentric load deviates from the specified point. The relative position of the eccentric load point and the slenderness ratio of the member are critical influencing factors. Overall, this research intends to enhance the accuracy and reliability of strength analysis methods for asymmetric single angle steel members, providing valuable insights and guidance for a safer and more efficient design.
As a novel method to produce a steel beam with 6mm thickness for buildings, a continuous roll forming process is reported. The roll shape is asymmetric and consists of 6 pairs of rollers to bend the steel plate from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$. Results obtained upon application of the roll forming process showed that the angle of the section plate is $90^{\circ}$. However, defects such as bowing and camber as high as 3.2 [$^{\circ}/m$] were observed. A FEM (Finite Element Method) analysis was applied to investigate the causes of the results for the region between rollers no. 5 and no. 6. The results of a FEM simulation of deformation and stress showed that there are some strong peak stresses on the upper surface and bottom surface of the material. The positions of the peak stresses did not show a correspondence between the upper and bottom surfaces. Thus, the defects in the process of roll forming with a 6 mm thick steel plate occur by the unbalanced stresses between the upper surface and bottom surface of the material in this study.
In this paper, the ductile fracture criteria for a marine structural steel (EH36) are presented and validated. The theoretical background of the recently developed Hosford-Coulomb (HC) fracture strain model and the DSSE fracture strain model which was developed to apply to the shell elements is described. In order to accurately estimate the flow stress in the large strain range up to the fracture, the material constants for the combined Swift-Voce constitutive equation were derived by the numerical analyses of the smooth and notched specimens made from the EH36 steel. As a result of applying the Swift-Voce flow stress to the other notched specimen model, a very accurate load - displacement curve could be derived. The material constants of the HC fracture strain and DSSE fracture strain models were independently calibrated based on the numerical analyses for the smooth and notch specimen tests. The user subroutine (VUMAT of Abaqus) was developed to verify the accuracy of the combined HC-DSSE fracture strain model. An asymmetric notch specimen was used as verification model. It was confirmed that the fracture of the asymmetric specimen can be accurately predicted when a very small solid elements are used together with the HC fracture strain model. On the other hand, the combined HC-DSSE fracture strain model can predict accurately the fracture of shell element model while the shell element size effect becomes less sensitive.
A study of the damage evolution laws for ductile materials was carried out to predict the ductile fracture behavior of a marine structural steel (EH36). We conducted proportional and non-proportional stress tests in the experiments. The existing 3-D fracture strain surface was newly calibrated using two fracture parameters: the average stress triaxiality and average normalized load angle taken from the proportional tests. Linear and non-linear damage evolution models were taken into account in this study. A damage exponent of 3.0 for the non-linear damage model was determined based on a simple optimization technique, for which proportional and non-proportional stress tests were simultaneously used. We verified the validity of the three fracture models: the newly calibrated fracture strain model, linear damage evolution model, and non-linear damage evolution model for the tensile tests of the asymmetric notch specimens. Because the stress evolution pattern for the verification tests remained at mode I in terms of the linear elastic fracture mechanics, the three models did not show significant differences in their fracture initiation predictions.
This paper reports the results of an experimental examination using X-rays to test annealing materials for lapped bearing steel (STB2), to confirm the validity of the weighted averaging analysis method. The distribution behavior for the α𝜓-sin2𝜓 diagram and the presence or absence of differences in the peak method, half-value breadth method, and centroid method were investigated. When lapping the annealed bearing steel (STB2) material, a residual stress state with a non-directional steep gradient appeared in the surface layer, and it was found that the weighted averaging analysis method was effective. If there is a steep stress gradient, the sin2𝜓 diagram is curved and the diffraction intensity distribution curve becomes asymmetric, resulting in a difference between the peak method, half-value breadth method, and centroid method. This phenomenon was evident when the stress gradient was more than 2~3 kg/mm2/㎛. In this case, if the position of the diffraction line is determined using the centroid method and the weighted averaging analysis method is applied, the stress value on the surface and the stress gradient under the surface can be obtained more accurately. When the stress gradient becomes a problem, since the curvature of the sin2𝜓 diagram appears clearly in the region of sin2𝜓 > 0.5, it is necessary to increase the inclination angle 𝜓 as much as possible. In the case of a lapping layer, a more accurate value can be obtained by considering 𝜎3 in the weighted averaging analysis method. In an isotropic biaxial residual stress state, the presence or absence of 𝜎3 can be determined as the presence or absence of strain for sin2𝜓≈0.4.
Response of the pipeline crossing fault is considered as the large strain problem. Proper estimation of the pipeline response plays important role in mitigation studies. In this study, an advanced continuum modeling including material non-linearity in large strain deformations, hardening/softening soil behavior and soil-pipeline interaction is applied. Through the application of a fully nonlinear analysis based on an explicit finite difference method, the mechanics of the pipeline behavior and its interaction with soil under large strains is presented in more detail. To make the results useful in oil and gas engineering works, a continuous pipeline of two steel grades buried in two clayey soil types with four different crossing angles of 30°, 45°, 70° and 90° with respect to the pipeline axis have been considered. The results are presented as the fault movement corresponding to different damage limit states. It was seen that the maximum affected pipeline length is about 20 meters for the studied conditions. Also, the affected length around the fault cutting plane is asymmetric with about 35% and 65% at the fault moving and stationary block, respectively. Local buckling is the dominant damage state for greater crossing angle of 90° with the fault displacement varying from 0.4 m to 0.55 m. While the tensile strain limit is the main damage state at the crossing angles of 70° and 45°, the cross-sectional flattening limit becomes the main damage state at the smaller 30° crossing angles. Compared to the stiff clayey soil, the fault movement resulting 3% tensile strain limit reach up to 40% in soft clayey soil. Also, it was seen that the effect of the pipeline internal pressure reaches up to about 40% compared to non-pressurized condition for some cases.
In this study, natural frequency analysis of a large deflected cantilever laminated composite beam fixed at both ends, which forms the case of a pre-stressed curved beam, is investigated. The laminated beam is considered to have symmetric and asymmetric lay-ups and the effective flexural modulus of the beam is used in the analysis. In order to obtain the pre-stressed composite curved beam case, an external vertical concentrated load is applied at the free end of a cantilever laminated composite beam and then the loading point of the deflected beam is fixed. The non-linear deflection curve of the flexible beam undergoing large deflection is obtained by the Reversion Method. The curved laminated composite beam is modeled by using the Finite Element Method with a straight-beam element approach. The effects of orientation angle and vertical load on the natural frequency parameter for the first four modes are examined and the results obtained are given in graphics. It has been found that the effect of the load parameter, which forms the curved laminated beam, on the natural frequency parameter, almost disappears after a certain value of the load parameter. This certain value differs for each laminated curved beam and each vibration mode.
본 연구에서는 국내 내진설계기준에 의해 중간모멘트골조로 설계된 철골 모멘트접합부에서 면외방향 어긋남을 갖는 보가 접합부의 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 기둥을 중심으로 보가 접합되는 형식에 따라 2가지 경우(단면접합 및 양면접합)와 각각의 경우에 대하여 4개 수준의 어긋남 각도(0°, 10°, 20°, 30°)를 조합하여 총 14개의 유한요소해석 모델을 구성하였다. 해석결과, 면외 어긋남을 갖는 대상 모멘트접합부는 국내 구조기준에 따른 중간모멘트골조의 성능수준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나, 면외 어긋남 각도가 커질수록 접합부 시스템의 하중저항능력이 감소하였다. 면외 어긋남 각도가 30°인 접합부에서 보-기둥이 직교된 접합부에 비하여 최대 하중은 약 13% 감소하였고, 층간 변위각 0.02 rad까지의 에너지 소산능력은 최대 26% 감소하였다. 또한, 어긋남 형상에 기인하여 접합부와 인접한 보 플랜지에서 응력이 비대칭으로 분포되며, 보 플랜지와 기둥 플랜지가 예각을 이루는 내측 플랜지(Inner Flange)에 응력이 집중되었다. 본 연구에서 고려한 보-기둥 접합에서는 어긋난 보에 의해 기둥의 축방향 회전에 미치는 영향은 미미하여 무시할 만 하였다.
As a stator for steam turbine diaphragm, hollow-type nozzle stator to substitute for conventional solid one is introduced in this study. This hollowed stator can be separated into two parts such as upper and lower plates with large and curved surface area. This study focuses on thick plate forming process for the upper plate of the hollow-partitioned nozzle stator. First, to reduce forming defects such as under-cut and localized thinning of the deformed plate, and to avoid tool interruption between forming punch and lower die, tool design including the position determination of forming surfaces is performed. Uni-axial tensile tests are carried out using SUS409L steel plate with initial thickness of 5.00mm, and plastic strain ratio (r-value) is also obtained. Due to the asymmetric curved configuration of the upper plate, it is hard to adopt a series of blank holder or draw-bead, so the initial plate during this thick plate forming experiences unstable and non-uniform contact. To easy this forming difficulty and find suitable tool geometry without sliding behavior of the workpiece in the die cavity, two geometric parameters with respect to each shoulder angle of the lower die and the upper punch are adopted. FE models with consideration of 21 combinations for the geometric parameters are built-up, and numerical simulations are performed. From the simulated and predicted results, it is shown that the geometric parameter combinations with ($30^{\circ}$, $90^{\circ}$) and ($45^{\circ}$, $90^{\circ}$) for the shoulder angle of the lower die and the upper punch are suitably applied to this upper plate forming of the hollow-partitioned nozzle stator used for the turbine diaphragm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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