In the shear-lag analysis of structures deterministic procedure is insufficient to provide complete information. Probabilistic analysis is a holistic approach for analyzing shear-lag effects considering uncertainties in structural parameters. This paper proposes an efficient and accurate algorithm to analyze shear-lag effects of structures with parameter uncertainties. The proposed algorithm integrated the advantages of the response surface method (RSM), finite element method (FEM) and Monte Carlo simulation (MCS). Uncertainties in the structural parameters can be taken into account in this algorithm. The algorithm is verified using independently generated finite element data. The proposed algorithm is then used to analyze the shear-lag effects of a simply supported beam with parameter uncertainties. The results show that the proposed algorithm based on the central composite design is the most promising one in view of its accuracy and efficiency. Finally, a parametric study was conducted to investigate the effect of each of the random variables on the statistical moment of structural stress response.
This paper describes the design and evaluation of new type piezoelectric bimorph actuator that shows much large mechanical response than those conventional types. The bimorph actuator has modified structure combined with the multilayer actuator(MLA) and the composite multilayer actuator called "Moonie". The design and performancean alysis of bimorph actuator are carried out with Finite Element Method (FEM). Theoretical calculation results show that the generating force and displacement of Moonie-modified bimorph actuator can be improved by about 130% and 150%, respectively. The overshooting and ringing phenomena of the bimorph can be effectively restrained by the pseudo step electric field having a rising time coincied with a period of the fundamental vibration mode of the bimorph.e bimorph.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.615-622
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1995
It may be inefficient to conduct the aeroelastic analysis by using full-scale conventional finite-element analyses or experiments, from the initial design phase, for an aircraft wing which can be considered as the discontinuum complex structure with composite laminated skins. In this paper, therefore more efficient aeroelastic analysis has been conducted for a box-beam typed aircraft wing by using the equivalent continuum beam-rod model which is derived from the concept of energy equivalence. Equivalent structural properties of the continuum beam-rod model are obtained from the direct comparison of the finite-element matrices of continuum beam-rod model with those of box-beam typed aircraft wing. Numerical results by the continuum beam-rod model approach are compared with those by the conventional finite-element analysis approach to show that the continuum beam-rod model proposed herein is quite satisfactory as a simplified model of aircraft wing structure for aeroelastic analyses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1249-1255
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2009
Cord-rubber composites widely used in tires show very complicated mechanical behavior such as nonlinearity and large deformation. Three-phase(cord, rubber and the interface) modeling has been used to analyze the stress distribution in the cord-rubber composites more accurately. In this study, finite element methods were performed using two-dimensional generalized plane strain element and plane strain element to investigate the stress distribution and effective modulus of cord-rubber composites. Neo Hookean model was used for rubber property and several interface properties were assumed for various loading directions. It was found that the interface properties affect the effective modulus and the distributions of shear stress.
This paper presents a study of four finite element techniques that can be used to model slabon-beam highway bridges. The feasibility and correctness of each modeling technique are examined by applying them to a prestressed concrete I-beam bridge and a prestressed concrete box-beam bridge. Other issues related to bridge modeling such as torsional constant, support conditions, and quality control check are studied in detail and discussed in the paper. It is found that, under truck loading, the bending stress distribution in a beam section depends on the modeling technique being utilized. It is observed that the behavior of the bridge superstructure can be better represented when accounting for composite behavior between the supporting beams and slab.
Cavdar, Ozlem;Bayraktar, Alemdar;Cavdar, Ahmet;Kartal, Murat Emre
Steel and Composite Structures
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v.9
no.6
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pp.499-518
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2009
The present paper investigates the stochastic seismic responses of steel structure systems with Partially Restrained (PR) connections by using Perturbation based Stochastic Finite Element (PSFEM) method. A stiffness matrix formulation of steel systems with PR connections and PSFEM and MCS formulations of structural systems are given. Based on the formulations, a computer program in FORTRAN language has been developed, and stochastic seismic analyses of steel frame and bridge systems have been performed for different types of connections. The connection parameters, material and geometrical properties are assumed to be random variables in the analyses. The Kocaeli earthquake occurred in 1999 is considered as a ground motion. The connection parameters, material and geometrical properties are considered to be random variables. The efficiency and accuracy of the proposed SFEM algorithm are validated by comparison with results of Monte Carlo simulation (MCS) method.
Thin-walled adaptive structures render a large and important group of adaptive structures. Typical material system used for them is a composite laminate that includes piezoelectric material based sensors and actuators. The piezoelectric active elements are in the form of thin patches bonded onto or embedded into the structure. Among different types of patches, the paper considers those polarized in the thickness direction. The finite element method (FEM) imposed itself as an essential technical support for the needs of structural design. This paper gives a brief description of a developed shell type finite element for active/adaptive thin-walled structures and the element is, furthermore, used as a tool to consider the aspect of mesh distortion over the surface of actuators and sensors. The aspect is of significance for simulation of behavior of adaptive structures and implementation of control algorithms.
This paper aims to probabilistically evaluate performance of two types of I beam to box column (IBBC) connection. With the objective of considering the variability of seismic loading demand, statistical features of the inter-story drift ratio corresponding to the second, fifth and eleventh story of a 12-story steel special moment resisting frames are extracted through incremental dynamic analysis at global collapse state. Variability of geometrical variables and material strength are also taken into account. All of these random variables are exported as inputs to a probabilistic finite element model which simulates the connection. At the end, cumulative distribution functions of local seismic demand for each component of each connection are provided using histogram sampling. Through a parametric study on probabilistic local seismic demand, the influence of some geometrical random variables on the performance of IBBC connections is demonstrated. Furthermore, the probabilistic study revealed that IBBC connection with widened flange has a better performance than the un-widened flange. Also, a design procedure is proposed for WF connections to achieve a same connection performance in different stories.
The main idea behind the paper is to present two alternative methods of homogenization of the heat conduction problem in composite materials, where the heat conductivity coefficients are assumed to be random variables. These two methods are the Monte-Carlo simulation (MCS) technique and the second order perturbation second probabilistic moment method, with its computational implementation known as the Stochastic Finite Element Method (SFEM). From the mathematical point of view, the deterministic homogenization method, being extended to probabilistic spaces, is based on the effective modules approach. Numerical results obtained in the paper allow to compare MCS against the SFEM and, on the other hand, to verify the sensitivity of effective heat conductivity probabilistic moments to the reinforcement ratio. These computational studies are provided in the range of up to fourth order probabilistic moments of effective conductivity coefficient and compared with probabilistic characteristics of the Voigt-Reuss bounds.
This paper presents a numerical investigation of the mechanical behaviour of extended end - plate steel connections including comparison with full size experiments. Contact and friction laws have been taken into account with nonlinear, three dimensional finite element analysis. Material and geometric nonlinearities have been implemented to the model, as well. Results are then compared with experimental tests conducted at the Jordan University of Science and Technology. According to the most significant observation of the analysis, a separation of the column flange from the extended end - plate occurs. Other important structural parameters of the connection, like the impact of some column stiffeners on the overall response, local buckling of the column and friction of the beam to column interface, have been examined as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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