In this study, two geometrically identical multi-storey steel buildings with different lateral load resisting systems are structurally analyzed under same earthquake conditions and they are compared with respect to their construction costs of their structural systems. One of the systems is a steel structure with eccentrically steel braced frames. The other one is a RC wall-steel frame system, that is a steel framed structure in combination with a reinforced concrete core and shear walls of minimum thickness that the national code allows. As earthquake resisting systems, steel braced frames and reinforced concrete shear walls, for both cases are located on identical places in either building. Floors of both buildings will be of reinforced concrete slabs of same thickness resting on composite beams. The façades are assumed to be covered identically with light-weight aluminum cladding with insulation. Purpose of use for both buildings is an office building of eight stories. When two systems are structurally analyzed by FEM (finite element method) and dimensionally compared, the dual one comes up with almost 34% less cost of construction with respect to their structural systems. This in turn means that, by using a dual system in earthquake zones such as Turkey, for multi-storey steel buildings with RC floors, more economical solutions can be achieved. In addition, slender steel columns and beams will add to that and consequently more space in rooms is achieved.
Nasihatgozar, M.;Khalili, S.M.R.;Fard, K. Malekzadeh
Steel and Composite Structures
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v.24
no.2
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pp.151-176
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2017
This paper deals with general equations of motion for free vibration analysis response of thick three-layer doubly curved sandwich panels (DCSP) under simply supported boundary conditions (BCs) using higher order shear deformation theory. In this model, the face sheets are orthotropic laminated composite that follow the first order shear deformation theory (FSDT) based on Rissners-Mindlin (RM) kinematics field. The core is made of orthotropic material and its in-plane transverse displacements are modeled using the third order of the Taylor's series extension. It provides the potentiality for considering both compressible and incompressible cores. To find these equations and boundary conditions, Hamilton's principle is used. Also, the effect of trapezoidal shape factor for cross-section of curved panel element ($1{\pm}z/R$) is considered. The natural frequency parameters of DCSP are obtained using Galerkin Method. Convergence studies are performed with the appropriate formulas in general form for three-layer sandwich plate, cylindrical and spherical shells (both deep and shallow). The influences of core stiffness, ratio of core to face sheets thickness and radii of curvatures are investigated. Finally, for the first time, an optimum range for the core to face sheet stiffness ratio by considering the existence of in-plane stress which significantly affects the natural frequencies of DCSP are presented.
The main goal of this article is to validate a methodological process in Actran MSC Software, that is based on the Finite Element Method, to evaluate the comfort in the cabin of a regional aircraft and to study the noise and vibrations reduction through the fuselage by the use of innovative materials. In the preliminary work phase, the CAD model of a fuselage section was created representing the typical features and dimensions of an airplane for regional flights. Subsequently, this model has been imported in Actran and the Sound Pressure Level (SPL) inside the cabin has been analyzed; moreover, the noise reduction through the fuselage has been evaluated. An important investigation and data collection has been carried out for the study of the aircraft cabin to make it as close as possible to a real problem, both in geometry and in materials. The mesh of the structure has been built from the CAD model and has been simplified in order to reduce the number of degrees of freedom. Finally, different fuselage configurations in terms of materials are compared: in particular, aluminum, composite and sandwich material with composite skins and poroelastic core are considered.
Ha, Jung-Chan;Oh, Sung Ha;Baek, In-Seok;Lee, Seok-Soon
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.80-87
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2020
The currently observed trend in car manufacturing is to increase energy-efficiency by producing lighter cars. This study examines the replacement of particular parts, specifically around the impact beam, with material composites 30% lighter than conventional steel currently used. The shape of the impact beam was determined as the trapezoidal cross-sectional area with central reinforcement, using three-point bending analysis. A prototype was fabricated based on the findings of our study and its performance was evaluated by the three-point bending analysis; 2 ply of aramid applied for its displacement. The performance of the final prototype for the door assembly was evaluated using a side-door strength test, which resulted to measured initial strength of 10.5 KN and intermediate strength of 15.6 KN. This research provides a promising solution for better impact beam manufacturing.
Her, N.I.;Kim, J.H.;Lee, Y.S.;Kim, H.K.;Bak, J.S.;Kwon, M.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2002.02a
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pp.173-176
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2002
Fundamental failure mode in a laminated composite pinned joint is proposed to assess damage resulting from stress concentration in the plate. The joint area is a region with stress concentrations thus a complicated stress state exists. The modeling of damage in a laminated composite pinned joint presents many difficulties because of the complexity of the failure process. In this study, the effect on the bearing strength of the pin jointed Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) composites for magnet support structure of KSTAR tokamak with various parameters such as edge distance to diameter, width to diameter, and the temperature of $23^{\circ}C$, $-76^{\circ}C$, and $-196^{\circ}C$ was examined by comparing the experimental results with finite element analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.1
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pp.65-74
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1993
The buckling load of a blade stiffened laminated composite plate having midplane symmetry is maximized for a given total weight. The thicknesses of the layers and the width and height of the stiffener are taken as the design variables. Buckling analysis is carried out using a finite element method. The optimization problem is solved using an IMSL subroutine. Due to the highly nonlinear nature of the optimality equations, several local optimum solutions are found. Various combinations of fiber orientation for the laminate layers and the blade stiffener are investigated to examine their relative efficiency. Out of several cases examined, the best design was produced from the combination of ($0^{\circ}Beam/0^{\circ}/90^{\circ}$)s.
The finite element method based on the total Lagrangian description of the motion and the Hellinger-Reissner principle with independent strain is applied to investigate the nonlinear behavior and vibration characteristics for patched reinforced laminated spherical panels. The patched elements are formulated using variable thickness at arbitrary point on the reference plane. The cylindrical arc-length method is adopted to obtain a nonlinear solution. The post-buckled vibration is assumed to be small amplitude. The effect of patch in the spherical shell Panel is investigated on the nonlinear response and the fundamental vibration characteristics. The present results show that the load-carrying capability can be improved by reinforcing patch. The fundamental frequency of patched panel is lower than that of equivalent shell panel. However, the fundamental frequency of patched panel does not decrease greatly due to the increase of nonlinear geometrical stiffness under loading.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.87-90
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2001
In particle or short-fiber reinforced composites, cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the broken reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with elastic stress distributions and load carrying capacity of intact and cracked ellipsoidal inhomogeneities. Three dimensional finite element analysis has been carried out on intact and broken ellipsoidal inhomogeneities in an infinite body under pure shear. For the intact inhomogeneity, as well known as Eshelby(1957) solution, the stress distribution is uniform in the inhomogeneity and non-uniform in the surrounding matrix. On the other hand, for the broken inhomogeneity, the stress in the region near crack surface is considerably released and the stress distribution becomes more complex. The average stress in the inhomogeneity represents its load carrying capacity, and the difference of average stresses between the intact and broken inhomogeneities indicates the loss of load carrying capacity due to cracking damage. The load carrying capacity of the broken inhomogeneity is expressed in terms of the average stress of the intact inhomogeneity and some coefficients. It is found that the broken inhomogeneity with higher aspect ratio still maintains higher load carrying capacity.
2 ply laminated composite is regarded to simulate the interply behavior of the belt layer of the tire. It was cone with 3 dimensional FE(Finite Element) analysis to determine interply shear stress and strain. Widthwise, the shear strain was measured by the pin method. These results are compared with those of CLT(classical lamination theory) in center region and those of Kassapoglou's and Kelsey's theory in edge region. In the FE analysis. rubber is assumed as linear elastic material. and rubber/cord laminate as the orthotropic material composed of cord and rubber In the FE result, interlaminar shear stress causing the interlaminar delamination has the largest value in the edge region of the inner rubber layer. Numerical results obtained coincides with CLT well in the center region, and agrees with other theoretical result little in the edge region.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.180-183
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2005
Application of the soil nailing system is continuously extended to stabilize excavations and slopes. Although there are many applications in the construction site, the system is still needed to improve its mechanical performance and durability. So, the use of FRP for this system can be an alternative for the conventional system. Recently, there has been a greatly increased demand for the use of FRP (fiber reinforced plastic) in civil engineering applications due to their superior mechanical and physical properties. This paper presents an experimental and theoretical study on the flexural behavior of FRP plate to develop fabricated permanent soil nailing system. In this study, mechanical properties of FRP plate have been investigated. Rectangular FRP plates that is simply supported and uniformly loaded over the area of a circle at the center of plate are analyzed by experiment, classical plate theory, and finite element method. From the results of analysis we can determine the shape of curved FRP plate which will exert certain amount of prestressing force in soil nail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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