Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.6
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pp.59-68
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2015
Traditional structure analysis method is based on numerical matrix analysis to use the geometries consisting of the structure. The characteristics require a lot of computer memories and computational time. To avoid these weaknesses, new approach to analyze truss structure was suggested by adopting topological load redistribution method. The axial forces to be not structurely analyzed yet against outside loads were redistributed by using nodal equation of equilibrium randomly at each node without constructing global matrix. However, this method could not calculate the axial forces if structure is statically indeterminate due to degree of many indeterminacies. Therefore, to apply the method suggested in this research, all redundancies of truss structure were replaced by unit loads. Each unit load could make the deformation of a whole structure, and a superposition method was finally adopted to solve the simultaneous equations. The axial forces and deflections agreed with the result of commercial software within the relative error of 1 %, whereas in the case that the axial forces are relatively very smaller than others, the relative errors were increased to 2 %. However, as the values were small enough not to be considered, it was practically useful as a structural analysis model. This model will be used for structural analysis of truss type of large structure such as agricultural farming facility.
Using the non-local elasticity theory, Timoshenko beam model is developed to study the non- local buckling of Triple-walled carbon nanotubes (TWCNTs) embedded in an elastic medium under axial compression. The chirality and small scale effects are considered. The effects of the surrounding elastic medium based on a Winkler model and van der Waals' (vdW) forces between the inner and middle, also between the middle and outer nanotubes are taken into account. Considering the small-scale effects, the governing equilibrium equations are derived and the critical buckling loads under axial compression are obtained. The results show that the critical buckling load can be overestimated by the local beam model if the small-scale effect is overlooked for long nanotubes. In addition, significant dependence of the critical buckling loads on the chirality of zigzag carbon nanotube is confirmed. Furthermore, in order to estimate the impact of elastic medium on the non-local critical buckling load of TWCNTs under axial compression, the use of these findings are important in mechanical design considerations, improve and reinforcement of devices that use carbon nanotubes.
Melaibari, Ammar;Khoshaim, Ahmed B.;Mohamed, Salwa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.35
no.5
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pp.671-685
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2020
This manuscript presents impacts of gradation of material functions and axial load functions on critical buckling loads and mode shapes of functionally graded (FG) thin and thick beams by using higher order shear deformation theory, for the first time. Volume fractions of metal and ceramic materials are assumed to be distributed through a beam thickness by both sigmoid law and symmetric power functions. Ceramic-metal-ceramic (CMC) and metal-ceramic-metal (MCM) symmetric distributions are proposed relative to mid-plane of the beam structure. The axial compressive load is depicted by constant, linear, and parabolic continuous functions through the axial direction. The equilibrium governing equations are derived by using Hamilton's principles. Numerical differential quadrature method (DQM) is developed to discretize the spatial domain and covert the governing variable coefficients differential equations and boundary conditions to system of algebraic equations. Algebraic equations are formed as a generalized matrix eigenvalue problem, that will be solved to get eigenvalues (buckling loads) and eigenvectors (mode shapes). The proposed model is verified with respectable published work. Numerical results depict influences of gradation function, gradation parameter, axial load function, slenderness ratio and boundary conditions on critical buckling loads and mode-shapes of FG beam structure. It is found that gradation types have different effects on the critical buckling. The proposed model can be effective in analysis and design of structure beam element subject to distributed axial compressive load, such as, spacecraft, nuclear structure, and naval structure.
Zhang, Xianggang;Deng, Dapeng;Lin, Xinyan;Yang, Jianhui;Fu, Lei
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.6
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pp.627-635
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2019
In order to study the axial compression performance of sand-lightweight concrete-filled steel tube (SLCFST) stub columns, three circular SLCFST (C-SLCFST) stub column specimens and three SLCFST square (S-SLCFST) stub column specimens were fabricated and static monotonic axial compression performance testing was carried out, using the volume ratio between river sand and ceramic sand in sand-lightweight concrete (SLC) as a varying parameter. The stress process and failure mode of the specimens were observed, stress-strain curves were obtained and analysed for the specimens, and the ultimate bearing capacity of SLCFST stub column specimens was calculated based on unified strength theory, limit equilibrium theory and superposition theory. The results show that the outer steel tubes of SLCFST stub columns buckled outward, core SLC was crushed, and the damage to the upper parts of the S-SLCFST stub columns was more serious than for C-SLCFST stub columns. Three stages can be identified in the stress-strain curves of SLCFST stub columns: an elastic stage, an elastic-plastic stage and a plastic stage. It is suggested that AIJ-1997, CECS 159:2004 or AIJ-1997, based on superposition theory, can be used to design the ultimate bearing capacity under axial compression for C-SLCFST and S-SLCFST stub columns; for varying replacement ratios of natural river sand, the calculated stress-strain curves for SLCFST stub columns under axial compression show good fitting to the test measure curves.
The capacity design of shear forces is one of the special demands of EC8 by which the ductile behavior of structures is implemented. The aim of capacity design is the formation of plastic hinges without shear failure of the elements. This is achieved by deriving the design shear forces from equilibrium conditions, assuming that plastic hinges, with their possible over-strengths, have been formed in the adjacent joints of the elements. In this equilibrium situation, the parameters (dimensions, material properties, axial forces etc) are random variables. Therefore, the capacity design of shear forces is associated with a probability of non-compliance (probability of failure). In the present study the probability of non-compliance of the shear capacity design in columns is calculated by assuming the basic variables as random variables. Parameters affecting this probability are examined and a modification of the capacity design is proposed, in order to achieve uniformity of the safety level.
The capacity design rule for beam-column joints, as adopted by the EC8, forces the formation of the plastic hinges to be developed in beams rather than in columns. This is achieved by deriving the design moments of the columns of a joint from equilibrium conditions, assuming that plastic hinges with their possible overstrengths have been developed in the adjacent beams of the joint. In this equilibrium the parameters (dimensions, material properties, axial forces etc) are, in general, random variables. Hence, the capacity design is associated with a probability of non-compliance (probability of failure). In the present study the probability of non-compliance of the capacity design rule of joints is being calculated by assuming the basic variables as random variables. Parameters affecting this probability are examined and a modification of the capacity design rule for beam-column joints is proposed, in order to achieve uniformity of the safety level.
Liquid phase adsorption of organic compounds solution on the activated carbon fiber was measured by chromatographic method in a packed column. Adsorption equilibrium constant Ka of dextrose solution was found to be $72.5cm^3/g$ on ACF without bacteria growth, while in the bacterial ACF packed column Ka was $87.9cm^3/g$. It is suggested that for biological ACF there is a large contribution of bacterial activity to the adsorption equilibrium constant. Axial dispersion coefficient Ez was determined to be in proportional to flow rate and Pe=dpu/Ez independent or existence or bacteria.
The paper is devoted to the stability analysis of a simply supported five layer sandwich beam. The beam consists of five layers: two metal faces, the metal foam core and two binding layers between faces and the core. The main goal is to elaborate a mathematical and numerical model of this beam. The beam is subjected to an axial compression. The nonlinear hypothesis of deformation of the cross section of the beam is formulated. Based on the Hamilton's principle the system of four stability equations is obtained. This system is approximately solved. Applying the Bubnov-Galerkin's method gives an ordinary differential equation of motion. The equation is then numerically processed. The equilibrium paths for a static and dynamic load are derived and the influence of the binding layers is considered. The main goal of the paper is an analytical description including the influence of binding layers on stability, especially on critical load, static and dynamic paths. Analytical solutions, in particular mathematical model are verified numerically and the results are compared with those obtained in experiments.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.421-428
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2003
For the initial equilibrium states of cable stayed bridges, this study presents a method to determine initial cable forces through successive iteration of the cable forces to minimize the errors between target moments or displacements and result of nonlinear analysis. Stay cables are modeled by truss elements and least square method was used to minimize the errors. In the structural characteristics of cable stayed bridges, a large axial force is introduced in the pylon and stiffening girder so fictitious section areas are assumed to determine initial cable forces accurately. To verify usefulness and validity of the proposed algorithm, some numerical analysis has been conducted and compared with the existing study.
Two new elements with six degrees of freedom are proposed by applying the equilibrium conditions and strain-displacement equations. The first element is formulated for the infinite ratio of beam radius to thickness. In the second one, theory of the thick beam is used. Advantage of these elements is that by utilizing only one element, the exact solution will be obtained. Due to incorporating equilibrium conditions in the presented formulations, both proposed elements gave the precise internal forces. By solving some numerical tests, the high performance of the recommended formulations and also, interaction effects of the bending and axial forces will be demonstrated. While the second element has less error than the first one in thick regimes, the first element can be used for all regimes due to simplicity and good convergence. Based on static responses, it can be deduced that the first element is efficient for all the range of structural characteristics. The free vibration analysis will be performed using the first element. The results of static and dynamic tests show no deficiency, such as, shear and membrane locking and excessive stiff structural behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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