Dong, Jianghui;Ma, Xing;Zhuge, Yan;Mills, Julie E.
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.333-348
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2018
An analytical method is developed for analysing the contact buckling response of infinitely long, thin corrugated plates and flat plates restrained by a Winkler tensionless foundation and subjected to linearly varying in-plane loadings, where the corrugated plates are modelled as orthotropic plates and the flat plates are modelled as isotropic plates. The critical step in the presented method is the explicit expression for the lateral buckling mode function, which is derived through using the energy method. Simply supported and clamped edges conditions on the unloaded edges are considered in this study. The acquired lateral deflection function is applied to the governing buckling equations to eliminate the lateral variable. Considering the boundary conditions and continuity conditions at the border line between the contact and non-contact zones, the buckling coefficients and the corresponding buckling modes are found. The analytical solution to the buckling coefficients is also expressed through a fitted approximate formula in terms of foundation stiffness, which is verified through previous studies and finite element (FE) method.
Kazemi, Seyed Morteza;Sohrabi, Mohammad Reza;Kazemi, Hasan Haji
Steel and Composite Structures
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v.29
no.3
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pp.391-404
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2018
Researchers have been long studying new building implementation methods to improve the quality of construction, reduce the time of assembly, and increase productivity. One of these methods is the use of modular pre-fabricated structural forms that are composed of a beam, column, short column, pyramidal end block, and connection plates. In this study, a new geometry for the pyramidal end block was proposed that helps facilitate the assembly procedure. Since the proposed configuration affects the performance of this form of connection, its behavior was evaluated using finite element method. For this purpose, the connection was modeled in ABAQUS and then validated by comparing the outputs with experimental results. The research proceeded through analyzing 16 specimens under monotonic and cyclic loading. The results indicated that using the pyramidal end block not only makes the assembly process easier but also reduces the out-of-plane displacement of the short column webs and the vertical displacement of beam end. By choosing appropriate section properties for column and beam, the connection can bear a rotation up to 0.01 radians within its inelastic region and a total of 0.04 radians without any significant reduction in its bearing capacity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.234-242
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2002
A shape optimal design of synthetic intervertebral disc prosthesis is performed using a three-dimensional finite element method. Geometric parameters are introduced to model the cross-sectional geometry of the intervertebral disc. It is assumed that the total strain energy in the intact intervertebral disc is minimized under the normal load conditions, as often cited in other references. To calculate the stain energy density, both the nonlinear material properties and the large deformations are taken into account. The design variables of the annulus fiber angle and the area ratio of the nucleus pulposus are calculated as 31°and 30%, respectively, which complies well with the intact disc. Thus, the same optimization procedure is applied to the design of the synthetic intervertebral disc prosthesis whose material properties are different from the intact disc. For the given synthetic material properties, the values of 67°and 24% for the fiber angle and the area ratio are obtained.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.20
no.4
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pp.50-56
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2012
Rotor system is a very important part which produce lift, thrust and control force in helicopter. Component of rotor system must have structural integrity for applied load. The estimation of structural integrity is regarded greatly as important in aerospace field. In this study, the process of structural analysis performed for bearingless main rotor system of helicopter. The composite flexbeam and torque tube of bearingless main rotor are very thick, so 3D layered soild elements of MSC.PATRAN were used to get the finite element analysis results. To estimate structural integrity, non-linear static analysis considering geometric non-linearity is performed. In addition, detailed finete element analysis and non-linear static analysis are performed to consider the stress concentration for fitting effect and contact surface. The estimation process of structural integrity for bearingless main rotor system of helicopter may help the design.
Kim, Young-Sung;Kim, Yong-Bum;Park, Hoon-Cheol;Yoon, Kwang-Joon;Lee, Jeo-Hwa
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.8
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pp.56-64
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2002
In this work, a smart skin of multi-layer structure is designed and manufactured. Through the compression test, the characteristic of smart skin behavior was examined. We have predicted stress of each layer and the first failed layer of the smart skin structure by using MSC/NASTRAN. The finite element model was verified by comparing measured data from the compression test and result from the geometrically linear/non-linear analysis. The finite element model was used for obtaining design data from the parametric study. It was confirmed that shear moduli of honeycomb core affect the buckling load of smart skin where shear deformation was considerable.
The present paper presents a study on the behavior and design of corrugated web steel beams with and without web openings. In the literature, the web opening problem in steel beams was dealt with mostly for steel beams with plane web plates and research on the effect of an opening on a corrugated web was found out to be very limited. The present study deals mainly with the effect of web openings on the transverse load carrying capacity of steel beams with sinusoidally corrugated webs. A general purpose finite element program (ABAQUS) was used. Simply supported corrugated web beams of 2 m length and with circular web openings at quarter span points were considered. These points are generally considered to be the optimum locations of web openings for steel beams. Various cases were analyzed including the size of the openings and the corrugation density which is a function of the magnitude and length of the sine wave. Models without web holes were also analyzed and compared with other cases which were all together examined in terms of load-deformation characteristics and ultimate web shear resistance.
The force transfer mechanism in positive moment continuity details for prestressed concrete girder bridges is investigated in this paper using a three-dimensional detailed finite element model. Positive moment reinforcement in the form of hairpin bars as recommended by the National Cooperative Highway Research Program Report No 519 is incorporated in the model. The cold construction joint that develops at the interface between girder ends and continuity diaphragms is also simulated via contact elements. The model is then subjected to the positive moment and corresponding shear forces that would develop over the service life of the bridge. The stress distribution in the continuity diaphragm and the axial force distribution in the hairpin bars are presented. It was found that due to the asymmetric configuration of the hairpin bars, asymmetric stress distribution develops at the continuity diaphragm, which can be exacerbated by other asymmetric factors such as skewed bridge configurations. It was also observed that when the joint is subjected to a positive moment, the tensile force is transferred from the girder end to the continuity diaphragm only through the hairpin bars due to the lack of contact between the both members at the construction joint. As a result, the stress distribution at girder ends was found to be concentrated around the hairpin bars influence area, rather than be resisted by the entire girder composite section. Finally, the results are used to develop an approach for estimating the cracking moment capacity at girder ends based on a proposed effective moment of inertia.
Shang, Shen;Yun, Gun Jin;Kunchum, Shilpa;Carletta, Joan
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.4
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pp.471-494
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2013
In this paper, identification of isotropic and orthotropic linear elastic material constitutive parameters has been demonstrated by a FEA-free energy-based inverse analysis method. An important feature of the proposed method is that it requires no finite element (FE) simulation of the tested material. Full-field displacements calculated using digital image correlation (DIC) are used to compute DIC stress fields enforcing the equilibrium condition and DIC strain fields using interpolation functions. Boundary tractions and displacements are implicitly recast into an objective function that measures the energy residual of external work and internal elastic strain energy. The energy conservation principle states that the residual should be zero, and so minimizing this objective function inversely identifies the constitutive parameters. Synthetic data from simulated testing of isotropic materials and orthotropic composite materials under 2D plane stress conditions are used for verification of the proposed method. When identifying the constitutive parameters, it is beneficial to apply loadings in multiple directions, and in ways that create non-uniform stress distributions. The sensitivity of the parameter identification method to noise in both the measured full-field DIC displacements and loadings has been investigated.
The sensitivities of a structural response due to variation of its design parameters are prerequisite in the majority of the algorithms used for fundamental problems in engineering as system uncertainties, identification and probabilistic assessments etc. The paper presents the concept of probabilistic sensitivity of suspension bridges with respect to near-fault ground motion. In near field earthquake ground motions, large amplitude spectral accelerations can occur at long periods where many suspension bridges have significant structural response modes. Two different types of suspension bridges, which are Bosporus and Humber bridges, are selected to investigate the near-fault ground motion effects on suspension bridges random response sensitivity analysis. The modulus of elasticity is selected as random design variable. Strong ground motion records of Kocaeli, Northridge and Erzincan earthquakes are selected for the analyses. The stochastic sensitivity displacements and internal forces are determined by using the stochastic sensitivity finite element method and Monte Carlo simulation method. The stochastic sensitivity displacements and responses obtained from the two different suspension bridges subjected to these near-fault strong-ground motions are compared with each other. It is seen from the results that near-fault ground motions have different impacts stochastic sensitivity responses of suspension bridges. The stochastic sensitivity information provides a deeper insight into the structural design and it can be used as a basis for decision-making.
Damage in structures often leads to failure. Thus it is very important to monitor structures for the occurrence of damage. When damage happens in a structure the consequence is a change in its modal parameters such as natural frequencies and mode shapes. Artificial Neural Networks (ANNs) are inspired by human biological neurons and have been applied for damage identification with varied success. Natural frequencies of a structure have a strong effect on damage and are applied as effective input parameters used to train the ANN in this study. The applicability of ANNs as a powerful tool for predicting the severity of damage in a model steel girder bridge is examined in this study. The data required for the ANNs which are in the form of natural frequencies were obtained from numerical modal analysis. By incorporating the training data, ANNs are capable of producing outputs in terms of damage severity using the first five natural frequencies. It has been demonstrated that an ANN trained only with natural frequency data can determine the severity of damage with a 6.8% error. The results shows that ANNs trained with numerically obtained samples have a strong potential for structural damage identification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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