Steel tubes have an efficient shape with large second moment of inertia relative to their light weight. One of the main problems of these members is their low buckling resistance caused from having thin walls. In this study, steel foams with high strength over weight ratio is used to fill the steel tube to beneficially modify the response of steel tubes. The linear eigenvalue and plastic collapse FE analysis is done on steel foam filled tube under pure compression and three point bending simulation. It is shown that steel foam improves the maximum strength and the ability of energy absorption of the steel tubes significantly. Different configurations with different volume of steel foam and composite behavior is investigated. It is demonstrated that there are some optimum configurations with more efficient behavior. If composite action between steel foam and steel increases, the strength of the element will improve, in a way that, the failure mode change from local buckling to yielding.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.5
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pp.1020-1025
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2009
This study investigates elastic lateral-torsional buckling(LTB) of monosymmetric doubly stepped I-beams subjected to pure bending based on finite element analysis(FEA). The results from the FEA are used for new design stepped equation, Cst. The equations are compared with the results from the FEA. The comparison indicates that the new equation provides a good relation with the FEA results. The maximum difference between two results is of 11%. The new equation could be easily used to calculate the elastic lateral-torsional buckling moment resistance of monosymmetric stepped I-beams and to expand the new equation for developing LTB equations of monosymmetric stepped beams subjected to general loading conditions such as a concentrated load, distributed load, or a seres of concentrated load.
Local buckling is a major consideration in the design of thin-walled cold-formed steel sections. The main effect of local buckling in plate elements under longitudinal compressive stresses is to cause a redistribution of the stresses in which the greatest portion of the load is carried near the supporting edges of the plate junctions. The redistribution produces increased stresses near the plate junctions and high bending stresses as a result of plate flexure, leading to ultimate loads below the squash load of the section. In singly symmetric cross-sections, the redistribution of longitudinal stress caused by local buckling also produces a shift of the line of action of internal force (shift of effective centroid). The fundamentally different effects of local buckling on the behaviour of pin-ended and fixed-ended singly symmetric columns lead to inconsistencies in traditional design approaches. The paper describes local buckling and shift of effective centroid of thin-walled cold-formed steel channel columns. Tests of channel columns have been described. The experimental local buckling loads were compared with the theoretical local buckling loads obtained using an elastic finite strip buckling analysis. The shift of the effective centroid was also compared with the shift predicted using the Australian/New Zealand and American specifications for cold-formed steel structures.
Sharma, Shashi Kant;Kumar, K.V. Praveen;Akbar, M. Abdul;Rambabu, Dadi
Advances in materials Research
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v.11
no.1
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pp.59-73
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2022
In the construction industry, thin-walled frame elements with very slender open cross-sections and low torsional stiffness are often subjected to a complex loading condition where axial, bending, shear and torsional stresses are present simultaneously. Hence, these often fail in instability even before the yield capacity is reached. One of the most common instability conditions associated with thin-walled structures is Lateral Torsional Buckling (LTB). In this study, a first order Generalized Beam Theory (GBT) formulation and numerical analysis of cold-formed steel lipped channel beams (C80×40×10×1, C90×40×10×1, C100×40×10×1, C80×40×10×1.6, C90×40×10×1.6 and C100×40×10×1.6) subjected to uniform moment is carried out to predict pure Lateral Torsional Buckling (LTB). These results are compared with the Finite Element Analysis of the beams modelled with shell elements using ABAQUS and analytical results based on Euler's buckling formula. The mode wise deformed shape and modal participation factors are obtained for comparison of the responses along with the effect of varying the length of the beam from 2.5 m to 10 m. The deformed shapes of the beam for different modes and GBTUL plots are analyzed for comparative conclusions.
In order to recognize the allowable bending diameter in coils, the strain as function of diameters is evaluated. The irreversible strain limits of $I_c$ in the easy and hard bending modes were measured. Strains were calculated at the coating film in the easy bending and at outer edge or inner edge in the hard bending of the CC tape, respectively. The tape geometry subjected to bending procedures is considered from the current industrial spool winding operation. Through the linear superposition of strain induced in different bending modes regarding the expressions, the appropriate design for critical bending diameter is suggested. Results proved that the existence of buckling resulting from bending in hard direction when applied strain exceeded 0.6% is possible. The depicted results showed that the strain limit as a viable parameter should be considered for future purposes.
Steel girder web panels have been subjected in recent decades, to a number of experimental and numerical studies but the mechanisms that regulate the behaviour of the panels composed by two subpanels with different thickness were not deeply studied. Furthermore specific design rules regarding the estimation of the buckling coefficient for panels with variable thickness are not included in the codes even if this is a common situation particularly for steel bridge girders with beams having significant height. In this framework,this work aims to investigate buckling behaviour of steel beams with webs composed of panels with different thicknesses subjected to both in-plane axial compression and bending moment and gives some simplified equations for the estimation of the buckling coefficient.
In this study, the buckling analysis of the vertically curved stiffened web plate was conducted through finite-element analysis, using an eight- and nine-node flat shell element with a substitute shear strain field. To investigate the buckling behavior of the vertically curved web plate with a longitudinal or vertical stiffener under in-plane moment loading, parametric studies were conducted for the variation of the width (b) and ratio of the bending stiffness of the stiffener to that of the plate (${\gamma}=EI/bD$). The static behavior of the vertically curved web plate without a stiffener was also investigated, and then the buckling abilities of the longitudinal and vertical stiffeners were compared under moment loading.
The present study investigates the lateral torsional buckling behaviour of pultruded glass fiber reinforced polymer (GFRP) simply supported channel beams subjected to uniform bending about their major axis. A parametric study by varying the sectional geometry and span of channel beams is carried out by using ABAQUS software. The accuracy of the FE models was ensured by verifying them against the available results provided in the literature. The effect of geometric nonlinearity, geometric imperfections, and the dependency of finite element mesh on the lateral torsional buckling were carefully considered in the FE model. Lateral torsional buckling (LTB) strengths obtained from the numerical study were compared with the theoretical LTB strengths obtained based on the Eurocode 3 approach for steel sections. The comparison between the numerical strengths and the design procedure proposed in the literature based on Eurocode 3 approach revealed disagreements. Therefore, a simplified improved design procedure is proposed for the safe design strength prediction of pultruded GFRP channel beams. The proposed equation has been provided that might aid the structural engineers in economically designing the pultruded GFRP channel beams in the future.
This study involves a series of experiments on the buckling strength of eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns. The principal parameters in this study are slenderness ratios ($L_k/r$ = 30, 50, 70) and magnitude of eccentricity e (0, 25, 50, 75, 100 mm) on the symmetrical end-moment. The objectives of this paper are to obtain the buckling loads by conducting a series of experiments and to compare the behavior of the eccentrically compressed cold-formed stainless steel square hollow-section columns with the results of the analysis. The ultimate buckling strength of the square-section members were determined with the use of a numerical method in accordance with the bending moment-axial force (M-P) interaction curves. The behavior of each specimen was displayed in the form of a moment-radian (M-${\theta}$) relationship. The numerically obtained ultimate-buckling interaction curves of the beam columns coincided with the results of the experiments.
The exhaust tail pipe is the only visible part of the exhaust system on a vehicle. The conventional way to make the tail pipe is welding after stamping. There are various problems that occur during the stamping of stainless steel sheets such as scratching and local fracture. Problems during welding can also occur due to poor weldability. Tube hydroforming can be a solution, which eliminates these problems. The current study deals with the development of tube hydroforming for a vehicle tail pipe using finite element analysis for a free-feeding method. The current study focuses on the development of a proper load path for the tail pipe hydroforming and how bending influences the subsequent processing steps. The FE analysis results were compared with experimental results. This study shows the importance of bending and the necessity of considering bending when performing a tube hydroforming analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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