Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
In this paper, the stress, buckling and vibration analyses have been performed for several case with the spot weld stiffened rear side frame, the unstiffened rear side frame and the dual thickness laser weld rear side frame. For stress and vibration analyses, the clamped boundary condition with spring supports are used. But for the buckling analyses, the both ends simply supported boundary conditions are used. For the nummerical analyses, ANSYS 5.0 code is adopted. Maximum stress of the spot weld stiffened rear side frame occurs in the main frame and is 80.9 MPa. Maximum strain is 501 .mu.. The maximum stress of the dual thickness laser weld rear side frame of 1.8mm thickness structure is equal with the stress of spot weld stiffened frame. The weight of dual thickness laser weld frame can be reduced about 17.2%. For the stiffened spot weld rear side frame with both ends simply supported boundary conditon, the bucking load is 52.54 kN. When the thickness of the dual thickness laser weld rear side frame become 1.9mm thickness structure, the buckling load of the stiffenerd rear side frame is equal to that of dual thickness laser weld frame. The reduction of the structure weight is about 5%. The fundamental natural frequency of the stiffened spot weld rear side frame for bending mode is 163.6 Hz and that of the dual thickness laser weld rear side frame is 179.8 Hz.
The concrete-filled steel tube (CFT) columns have several benefits of high load-bearing capacity, inherent ductility and toughness because of the confinement effect of the steel tube on concrete and the restraining effect of the concrete on local buckling of steel tube. However, the experimental research into the behavior of square CFT columns consisting of high-strength steel and high-strength concrete is limited. Six full scale CFT specimens were tested under flexural moment. The CFT columns consisted of high-strength steel tubes ($f_y$ = 325 MPa, 555 MPa, 900 MPa) and high-strength concrete ($f_{ck}$ = 80 MPa and 120 MPa). The ultimate capacity of high strength square CFT columns was compared with AISC-LRFD design code. Also, this study was focused on investigating the effect of high-strength materials on the structural behavior and the mathematical models of the steel tube and concrete. Nonlinear fiber element analyses were conducted based on the material model considering the cyclic bending behavior of high-strength CFT members. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.
Tube hydroforming process is generally consisted with pre-bending, preforming and hydroforming processes. Among forming defects which may occur in tube hydroforming such as buckling, wrinkling and bursting, the wrinkling and bursting by local instability under excessive tensile stress mode were mainly caused by thinning phenomenon in the manufacturing process. Thus the accurate prediction and suitable evaluation of the thinning phenomenon play an important role in designing and producing the successfully hydroformed parts without any failures. In this work, the formability on hydroformed part for automobile, i.e. engine cradle, was evaluated using finite element analysis. The initial tube radius, loading path with axial feeding force and internal pressure, and preformed configuration after preforming process were considered as the dominant process parameters in total tube hydroforming process. The effects on these process parameters could be confirmed through the numerical experiments with respect to several kinds of finite element simulation conditions. The degree of enhancement on formability with each process parameters such as initial tube radius, loading path and preform configuration were also compared. Therefore, it is noted that the evaluation approach of the formability on hydroformed parts for lots of industrial fields proposed in this study will provide one of feasible methods to satisfy the increasing practical demands for the improvement of the formability in tube hydroforming processes.
In the present paper, a simple quasi-3D integral higher-order beam theory (HBT) is presented, in which both shear deformation and thickness stretching effects are included for mechanical analysis of advanced composite beams with simply supported boundary conditions, handling mainly bending, buckling, and free vibration problems. The kinematics is based on a novel displacement field which includes the undetermined integral terms and the parabolic function is used in terms of thickness coordinate to represent the effect of transverse shear deformation. The governing equilibrium equations are drawn from the dynamic version of the principle of virtual work; whereas the solution of the problem is obtained by assuming a Navier technique for simply supported advanced composite beams subjected to sinusoidally and uniformly distributed loads. The correctness of the present computational method is checked by comparing the obtained numerical results with quasi-3D solutions found in the literature and with those provided by other shear deformation beam theories. It can be confirmed that the proposed model, which does not involve any shear correction factor, is not only accurate but also simple and useful in solving the static and dynamic response of advanced composite beams.
This study on the effects of local wall-thinned location on the fracture behavior of pipes was carried out, and the results were compared with the analytical results. Local wall-thinning for the bending test was machined with various sizes on the outside of pipes, in order to simulate the metal loss, due to erosion/corrosion. In addition, we had carried out FE analysis for the pipes with local wall thinning on the inside, and its results were comparatively studied with that of the outside. Three-dimensional elasto-plastic analyses were able to accurately simulate fracture behaviors of inner or outer wall thinning. Fracture types, obtained from the experiments and analyses, could be classified into ovalization, local buckling and crack initiation, depending on the thinned length and thinned ratio. Based on the results, the fracture behaviors of pipes with the outer wall thinning can be applied to estimate the fracture behaviors of pipes with the inner wall thinning.
Min, Byoung Cheol;Min, Dong Ju;Jung, Myung Rag;Kim, Moon Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1A
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pp.9-18
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2011
Generally the connection of structural members is assumed as hinge, rigid and semi-rigid connections. The exact tangent stiffness matrix of a semi-rigid frame element is newly derived using the stability functions considering shear deformations. Also, linearized elastic- and geometric-stiffness matrices of shear deformable semi-rigid frame are newly proposed. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced by equilibrium equation for beam-column under the bending and the axial forces. Also, stability functions considering sway deformation and force-displacement relations with elastic rotational spring on ends are defined. In order to illustrate the accuracy of this study, various numerical examples are presented and compared with other researcher's results. Lastly, shear deformation and semi-rigid effects on buckling behaviors of structure are parametrically investigated.
In this research work, an exact analytical solution for thermal stability of solar functionally graded rectangular plates subjected to uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction is developed. It is assumed that the plate rests on two-parameter elastic foundation and its material properties vary through the thickness of the plate as a power function. The neutral surface position for such plate is determined, and the efficient hyperbolic plate theory based on exact neutral surface position is employed to derive the governing stability equations. The displacement field is chosen based on assumptions that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, and the shear components of in-plane displacements give rise to the quadratic distribution of transverse shear stress through the thickness in such a way that shear stresses vanish on the plate surfaces. Therefore, there is no need to use shear correction factor. Just four unknown displacement functions are used in the present theory against five unknown displacement functions used in the corresponding ones. The non-linear strain-displacement relations are also taken into consideration. The influences of many plate parameters on buckling temperature difference will be investigated. Numerical results are presented for the present theory, demonstrating its importance and accuracy in comparison to other theories.
A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2005.06a
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pp.15-21
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2005
In this paper, the procedure of generation and application of nonlinear wave loads for structural design of large container carrier was described. Ship motion and wave load was calculated by modified strip method. Pressure acting on wetted hull surface was calculated taking into account of relative hull motion to the wave. Design wave height was determined based on the most sensitive wave length considering rule vertical wave bending moment at head sea or fellowing sea condition. And the enforced heeling angie concept which was introduced by Germanischer Lloyd (GL) classification had been used to simulate high torsional moment in way of fore hold parts similar to actual sea going condition. Using wave load generated from this dynamic load calculation, FE analyses were performed. With this result, yielding, buckling, hatch diagonal deflection and fatigue strength of hatch corners were reviewed based on the requirement of GL classification. The results of FE analysis show good compatibility with GL classification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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