Concrete filled double skin tubular members (CFDST) consist of double concentric circular or square steel tubes with concrete filled between the two steel tubes. The CFDST members, having a hollow section inside the internal tube, are generally lighter than ordinary concrete filled steel tubular members (CFT) which have a solid cross-section. Therefore, when the CFDST members are applied to bridge piers, reduction of seismic action can be expected. The present study aims to investigate, experimentally, the behavior of CFDST stub columns with double concentric square steel tubes filled with concrete (SS-CFDST) when working under centric compression. Two test parameters, namely, inner-to-outer width ratio and outer square steel tube's width-to-thickness were selected and outer steel tube's width-to-thickness ratio ranging from 70 to 160 were considered. In the results, shear failure of the concrete fill and local buckling of the double skin tubes having largest inner-to-outer width ratio were observed. A method to predict axial loading capacity of SS-CFDST is also proposed. In addition, the load capacity in the axial direction of stub column test on SS-CFDST is compared with that of double circular CFDST. Finally, the biaxial stress behavior of both steel tubes under plane stress is discussed.
Naghipour, Morteza;Khalili, Aidin;Hasani, Seyed Mohammad Reza;Nematzadeh, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.42
no.2
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pp.191-207
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2022
Undoubtedly, the employment of direct bond interaction between steel and concrete is preceding the other mechanisms because of its ease of construction. However, the large scatter in the experimental data about the issue has hindered the efforts to characterize bond strength. In the following research, the direct bond interaction and bond-slip behavior of CFTs with circular cross-section were examined through repeated load-reversed push-out tests until four cycles of loading. The influence of different parameters including the diameter of the tube and the use of shear tabs were assessed. Moreover, the utilization of expansive concrete and external spirals was proposed and tested as ways of improving bond strength. According to the results section dimensions, tube slenderness, shrinkage potential of concrete, interface roughness and confinement are key factors in a natural bond. Larger diameters will lead to a considerable drop in bond strength. The use of shear tabs by their associated bending moments increases the bond stress up to eight times. Furthermore, employment of external spirals and expansive concrete have a sensible effect on enhancing bonds. Macro-locking was also found to be the main component in achieving bond strength.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.10a
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pp.71-74
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2005
In manufacturing automotive parts, such as engine cradles, frame rails, subframes, cross-members, and other parts from circular tubes, pre-bending and pre-forming operations are often required prior to the subsequent tubular hydroforming process. During some pre-forming operations, the cross section of a bent circular tube is crushed into an oval-like shape to ensure proper geometry and sufficient clearance in the hydroforming dies. For such applications, the use of oval Instead of circular tubes could be an effective means of eliminating the pre-forming step. The oval tube could also be produced with less thinning and with less strain on the outside of the bend when controlled by a booster system without the use of mandrel. Hence, the understanding of the issues that occur in the bending of oval tubes is worthy of Investigation. This paper presents parametric studies on the bending of oval tubes without a mandrel. The finite element modeling technique is used to examine the deformation characteristics for both circular and oval tubes. In the simulations, the bending process parameters of bend radius, aspect ratio of the tube ovalness, and tube wall thickness are varied. Observations are made to obtain a hoop-buckle limit diagram in terms of a non-dimensional shape degradation factor. Suggestions based upon developed criteria are made on the acceptability of bend tubes suitable for hydroforming applications without the need ofa pre-forming step or the used of a mandrel.
This study suggests a simple, convenient and non-destructive method for investigation of the Young's modulus detection in stepped shafts which only utilizes the first-order resonant frequency in flexural mode and dimensions of structures. The method is based on the impulse excitation technique (IET) to pick up the fundamental resonant frequencies. The standard Young's modulus detection formulas for rectangular and circular cross-sections are well investigated in literatures. However, the Young's modulus of stepped shafts can not be directly detected using the formula for a beam with rectangular or circular cross-section. A response surface method (RSM) is introduced to design numerical simulation experiments to build up experimental formula to detect Young's modulus of stepped shafts. The numerical simulation performed by finite element method (FEM) to obtain enough simulation data for RSM analysis. After analysis and calculation, the relationship of flexural resonant frequencies, dimensions of stepped shafts and Young's modulus is obtained. Numerical simulations and experimental investigations show that the IET method can be used to investigate Young's modulus in stepped shafts, and the FEM simulation and RSM based IET formula proposed in this paper is applicable to calculate the Young's modulus in stepped shaft. The method can be further developed to detect mechanical parameters of more complicated structures using the combination of FEM simulation and RSM.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1613-1623
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1996
In this paper, two discretization methods, hybrid and QUICK, are tested for the Navier-Stokes equations written in general nonorthogonal body fitted coordinates. Comparison is made by calculating two laminar flows at low Reynolds numbers of 10 - 100. One is a two-dimensional channel of gradually expanding cross section and the other is an axisymmetric flow through a circular tube having a circular constriction. Results show that the QUICK scheme results in a numerical solution more accurate than that of hybrid. The QUICK scheme also shows faster convergence for both test cases. As the number of grid points increases, all numerical solutions converge with more oscillation. The number of grid points in the y-direction(cross stream direction) is also shown to play a significant role in the approximation of convection term within separated flow zone.
Reliable and accurate method of computationally aided design processes of advanced thin walled structures in automotive industries are much essential for the efficient usage of smart materials, that possess higher energy absorption in dynamic compression loading. In this paper, most versatile components i.e., thin walled crash tubes with different geometrical profiles are introduced in view of mitigating the impact of varying cross section in crash behavior and energy absorption characteristics. Apart from the geometrical parameters such as length, diameter and thickness, the non-dimensionalized parameters of average forces which control the plastic bending moment for varying thickness has explored in view of quantifying its impact on the crashworthiness of the structure. The explicit finite element code ABAQUS is utilized to conduct the numerical studies to examine the effect of parametric modifications in crash behavior and energy absorption. Also the simulation results are experimentally validated. It is evident that the circular cross-sectional tubes are preferable as high collision impact shock absorbers due to their ability in withstanding axial and oblique impact loads effectively. Furthermore, the specific energy absorption (SEA), crash force efficiency (CFE), plastic bending moment, peak force responses and its impact for optimally tailoring a design to cater the crashworthiness requirements are investigated. The primary outcome of the study is to provide sufficient information on circular tubes for the use of energy absorbers where impact oblique loading is expected.
Radar Cross Sections(RCS) for the radar targets are measured and their performance characteristics are analyzed through computer simulation. In addition, constructional features for the commercial radar reflectors are investigated. Then, the optimum design condition of a passive-type radar reflector was chosen. The results show that the octahedral-type radar reflector with 10$\lambda$ sized circular plates has best performance in X-band($\lambda$=3.2cm). However, to comply with newly adopted 2000 SOLAS regulations, larger sized circular plate is required to provide at both X-band and S-band.
In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.
For the successful design of nuclear reactor, it is very important to investigate thermal-hydraulic characteristics of fuel rod bundle. Fluid flow and heat transfer in the non-circular cross-section of nuclear fuel rod bundle are different from those found in common circular tube. And complex three dimensional flow including secondary and vortex flow, is formed around the bundles. The purpose of this research is to examine how geometries and flow conditions affect heat transfer in fuel rod bundle. Design data for nuclear fuel rod bundle and structure are surveyed, and $3{\times}3$ sub-channel model is adopted in this study. Computational results are compared with the heat transfer data measured by naphthalene sublimation method, and numerical analysis and evaluation are performed at various design conditions and flow conditions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.3
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pp.317-323
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2013
In-mold coating is a reactive fluid designed to improve the surface quality of injection molded thermoplastic substrate in functional and cosmetic properties. In this study, a mixing head for in-mold coating was designed, and mixing characteristics of two-component polyurethane flowing through runner were investigated based on flow simulations. In order to achieve uniform mixing of two components injected through straight mixing head, an impingement aftermixer was used in runner design. Semi-circular cross-section was better than circular one for runners for uniform mixing. With increasing runner length and flow rate, mixing became more uniform. In addition, the degree of mixing was more improved with decreasing viscosity of isocyanate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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