In this study a simple model is developed that predicts impact damage in a composite laminate avoiding the need of the time-consuming dynamic finite element method (FEM). The analytical model uses a non-linear approximation method (Rayleigh-Ritz) and the large deflection plate theory to predict the number of failed plies and damage area in a quasi-isotropic composite circular plate (axisymmetric problem) due to a point impact load at its centre. It is assumed that the deformation due to a static transverse load is similar to that oc curred in a low velocity impact. It is found that the model, despite its simplicity, is in good agreement with FEM predictions and experimental data for the deflection of the composite plate and gives a good estimate of the number of failed plies due to fibre breakage. The predicted damage zone could be used with a fracture mechanics model developed by the second investigator and co-workers to calculate the compression after impact strength of such laminates. This approach could save significant running time when compared to FEM solutions.
Sixteen concrete filled square CFRP-steel tubular (S-CFRP-CFST) stub columns under axial compression were experimentally investigated. The experimental results showed that the failure mode of the specimens is strength loss of the materials, and the confined concrete has good plasticity due to confinement of the CFRP-steel composite tube. The steel tube and CFRP can work concurrently. The load versus longitudinal strain curves of the specimens can be divided into 3 stages, i.e., elastic stage, elasto-plastic stage and softening stage. Analysis based on finite element method showed that the longitudinal stress of the steel tube keeps almost constant along axial direction, and the transverse stress at the corner of the concrete is the maximum. The confinement effect of the outer tube to the concrete is mainly focused on the corner. The confinements along the side of the cross-section and the height of the specimen are both non-uniform. The adhesive strength has little effect both on the load versus longitudinal strain curves and on the confinement force versus longitudinal strain curves. With the increasing of the initial stress in the steel tube, the load carrying capacity, the stiffness and the peak value of the average confinement force are all reduced. Equation for calculating the load carrying capacity of the composite stub columns is presented, and the estimated results agree well with the experimental results.
Ho-Huu, V.;Vo-Duy, T.;Duong-Gia, D.;Nguyen-Thoi, T.
Steel and Composite Structures
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v.27
no.3
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pp.297-310
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2018
A simple and efficient numerical optimization approach for the lightweight optimal design of composite laminated beams is presented in this paper. The proposed procedure is a combination between the finite element method (FEM) and a global optimization algorithm developed recently, namely Jaya. In the present procedure, the advantages of FEM and Jaya are exploited, where FEM is used to analyze the behavior of beam, and Jaya is modified and applied to solve formed optimization problems. In the optimization problems, the objective aims to minimize the overall weight of beam; and fiber volume fractions, thicknesses and fiber orientation angles of layers are selected as design variables. The constraints include the restriction on the first fundamental frequency and the boundaries of design variables. Several numerical examples with different design scenarios are executed. The influence of the design variable types and the boundary conditions of beam on the optimal results is investigated. Moreover, the performance of Jaya is compared with that of the well-known methods, viz. differential evolution (DE), genetic algorithm (GA), and particle swarm optimization (PSO). The obtained results reveal that the proposed approach is efficient and provides better solutions than those acquired by the compared methods.
Milosavljevic, Branko;Milicevic, Ivan;Pavlovic, Marko;Spremic, Milan
Steel and Composite Structures
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v.29
no.2
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pp.257-272
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2018
The research of shear connectors composed from mechanical couplers with rebar anchors, embedded in concrete, and steel bolts, as a mean of shear transfer in composite connections is presented in the paper. Specific issues related to this type of connections are local concrete pressure in the connector vicinity as well as the shear flow along the connector axis. The experimental research included 18 specimens, arranged in 5 series. Nonlinear numerical analyses using Abaqus software was conducted on corresponding FE models. Different failure modes were analysed, with emphasis on concrete edge failure and bolt shear failure. The influence of key parameters on the behaviour of shear connector was examined: (1) concrete compression strength, (2) bolt tensile strength and diameter and (3) concrete edge distance. It is concluded that bolted shear connectors with mechanical couplers have sufficient capacity to be used as shear connectors in composite structures and that their behaviour is similar to the behaviour of post installed anchors as well as other types of connectors anchored without the head.
Developed from conventional concrete filled steel tubular (CFST) members, concrete-encased CFST has attracted growing attention in building and bridge practices. In actual construction, the inner CFST is erected prior to the casting of the outer reinforced concrete part to support the construction preload, after which the whole composite member is under sustained service load. The complex loading sequence leads to highly nonlinear material interaction and consequently complicated structural performance. This paper studies the full-range behaviour of concrete-encased CFST columns with initial preload on inner CFST followed by sustained service load over the whole composite section. Validated against the reported data obtained from specifically designed tests, a finite element analysis model is developed to investigate the detailed structural behaviour in terms of ultimate strength, load distribution, material interaction and strain development. Parametric analysis is then carried out to evaluate the impact of significant factors on the structural behaviour of the composite columns. Finally, a simplified design method for estimating the sectional capacity of concrete-encased CFST is proposed, with the combined influences of construction preload and sustained service load being taken into account. The feasibility of the developed method is validated against both the test data and the simulation results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.2
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pp.61-69
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2020
Due to its flexibility of the composite propeller blade, it is necessary to design a shape capable of generating a desired load at a design point in consideration of the shape change of the propeller. In order to design it, we need to evaluate not only the hydrodynamic force around it, but also its structural response of flexible propeller according to its deformation. So, it is necessary to develop a design tool to predict the hydroelastic performance of a flexible propeller with deformation considering fluid-structure interaction and special operating conditions. Finally a design optimization tool for flexible propellermade of CFRP is required. In this study, a design methodology of the specific flexible composite propeller is suggested, considering fluid-structural interaction analysis of the specific flexible propeller.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.575-580
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2004
In this work, the effect of composite couplings and mass distributions on hub loads of a hingeless rotor in forward flight is investigated. 1'he hingeless composite rotor is idealized as a laminated thin-walled box-beam. The nonclassical effects such as transverse shear and torsion warping are considered in the structural formulation. The nonlinear differential equations of motion are obtained by applying Hamilton's principle. The blade responses and hub loads are calculated using a finite element formulation both in space and time. The aerodynamic forces acting on the blade are calculated using the quasi-steady strip theory. The theory includes the effects of reversed flow and compressibility The magnitude of elastic couplings obtained by MSC/NASTRAN is compared with the classical pitch-flap($\delta$$_{3}$) coupling. It is observed that the elastic couplings and mass distributions of the blade have a substantial effect on the behavior of $N_{b/}$rev hub loads. About 40% hub loads is reduced by tailoring or redistributing the structural properties of the blade.f the blade.
A steel-concrete composite (SC) panel typically consists of two steel faceplates and a plain concrete core. This paper investigated the impact response of SC panels through drop hammer tests and numerical simulations. The influence of the drop height, faceplate thickness, and axial compressive preload was studied. Experimental results showed that the deformation of SC panels under impact consists of local indentation and overall bending. The resistance of the panel significantly decreased after the local failure occurred. A three-dimensional finite element model was established to simulate the response of SC panels under low-velocity impact, in which the axial preload could be considered reasonably. The predicted displacements and impact force were in good agreement with the experimental results. Based on the validated model, a parametric study was conducted to further discuss the effect of the axial compressive preload.
Thirumalaiselvi, A.;Anandavalli, N.;Rajasankar, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.3
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pp.311-321
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2017
This paper presents the details of analytical studies carried out towards the prediction of flexural capacity and load-deflection behaviour of Laced Steel-Concrete Composite (LSCC) beams. Analytical expressions for flexural capacity of the beams are derived in accordance with the basic principles of conventional Reinforced Concrete (RC) beams, but incorporated with relevant modifications to account for the composite nature of the cross-section. The ultimate flexural capacity of the two LSCC beams predicted using the derived expressions is found to be approximately 20% lower than those obtained due to measurement from experiments. Further to these, two simple methods are also proposed on the basis of unit load method and equivalent steel beam method to determine the non-linear load-deflection response of the LSCC beams for monotonic loading. Upon validation of the proposed methods by comparing the predicted responses with those of experiments and finite element analysis, it is found that the methods are useful to find nonlinear response of such composite beams.
This paper describes the design of dual-structured and thick-walled cylinder made of composites and special steel. The structure of special steel and composites reduce the weight of a product maintaining its property which is proper to the characteristics. Hence they are used in the fields, such as various ground weapons, aerospace and sports industries, where high elasticity and low weight are required. Thus in this study, the analysis was conducted to find the most proper composite application method changing its types and angle of laminates for the design. Through the comparison of the results, we suggest the method for composite application which is the most appropriate to the designing purpose of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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