This paper reports results of the structural response of empty steel tanks under vertical ground motions. The tanks are modeled using a finite element discretization using shell elements, and the vertical motion is applied and analyzed using nonlinear dynamics. Several excitation frequencies are considered, with emphasis on those that may lead to resonance of the roof. The computational results illustrate that as the base motion frequency is tuned with the frequency of the first roof-mode of the tank, the system displays large-amplitude displacements. For frequencies away from such mode, small amplitude displacements are obtained. The effect of the height of the cylinder on the dynamic response of the tank to vertical ground motion has also been investigated. The vertical acceleration of the ground motion that induces significant changes in the stiffness of the tank was found to be almost constant regardless of the height of the cylinder.
Quasi-static three-point bending tests on sandwich beams with expanded metal sheets as core were conducted. Relationships between the force and displacement at the mid-span of the sandwich beams were obtained from the experiments. Numerical simulations were carried out using ABAQUS/EXPLCIT and the results were thoroughly compared with the experimental results. A parametric analysis was performed using a Box-Behnken design (BBD) for the design of experiments (DOE) techniques and a finite element modeling. Then, the influence of the core layers number, size of the cell and, thickness of the substrates was investigated. The results showed that the increase in the size of the expanded metal cell in a reasonable range was required to improve the performance of the structure under bending collapse. It was found that core layers number and size of the cell was key factors governing the quasi-static response of the sandwich beams with lattice cores.
This paper focuses on the free vibration analysis of axially functionally graded (FG) Euler-Bernoulli beams. The material properties of the beams are assumed to obey the linear law distribution. The complexities in solving differential equation of transverse vibration of composite beams which limit the analytical solution to some special cases are overcome using the Differential Transformation Method (DTM). Natural frequencies and corresponding normalized mode shapes are calculated. Validation targets are experimental data or finite element results. Different parameters such as reinforcement distribution, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. The delivered results prove the capability and the robustness of the applied method. The studied parameters are demonstrated to be very crucial for the normalized natural frequencies and mode shapes.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1999.05a
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pp.159-163
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1999
A seat frame structure in automotive vehicles made of polymer matrix composite to achieve weight reduction at low cost was developed. In order to design and manufacture the actual product, studies on material selection, and structural analyses were performed. Structural analyses were performed with a finite element analysis. Analyses were done for several cases suggested in various safety regulations of FMVSS(Federal Motor Vehicle Safety Standards). Each result was utilized to modify the actual shape to obtain a lighter, safer and more stable design. The final design was used to produce a sample bottom plate of the seat structure. Substitution of the material resulted in a weight reduction effect with equivalent strength, fatigue and impact characteristics. Furthermore, several effects from the replacement of the material besides weight reduction were also examined.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.04a
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pp.35-42
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1997
The two-state or mutual M-integral which is derived from tile M-integral and is applicable for two elastic states, is applied for computing all intensity of a singular near-tip field around the vertex of a class of wedge, encountered in adhesive lap joints under mechanical loading. Numerically we verify that a simple auxiliary field associated with every eigenfunction for the composite wedge under consideration exists in the form of the conjugate solution in the sense of tile M-integral. The auxiliary field is then employed for superposition with the elastic field under consideration, and the associated two-state M-integral is computed via the domain integral technique. This enables us to extract the intensity for a singular field information for a singular elastic boundary layer is extracted form the domain integral representation without resort to singular finite element for the wedge vertex.
A rectangular plate made of a porous material is the subject of the work. Its mechanical properties vary continuously on the thickness of a plate. A mathematical model of this plate, which bases on nonlinear displacement functions taking into account shearing deformations, is presented. The assumed displacement field, linear geometrical and physical relationships permit to describe the total potential energy of a plate. Using the principle of stationarity of the total potential energy the set of five equilibrium equations for transversely and in-plane loaded plates is obtained. The derived equations are used for solving a problem of a bending simply supported plate loaded with transverse pressure. Moreover, the critical load of a bi-axially in-plane compressed plate is found. In both cases influence of parameters on obtained solutions such as a porosity coefficient or thickness ratio is analysed. In order to compare analytical results a finite element model of a porous plate is built using system ANSYS. Obtained numerical results are in agreement with analytical ones.
The present paper hopes to elucidate the problem of determining if a given I-shaped cross-section is properly proportioned to accommodate sufficient plastic hinge rotation capacity to facilitate the redistribution of moments in a structural system as needed to accommodate the formation of a collapse mechanism. It might be tempting to believe that application of the limiting flange plate slenderness value for the case of major axis flexure are applicable in this case; since the pervasive belief is that this approach ought to be conservative. However, the present research study indicates that this is not the case and thus more sophisticated analysis techniques are required to better understand this case.
Cantilevers are unique statically determinate structural elements with respect to their mode of overall buckling, in that the tension flange is the critical flange under gravity loading, and is the flange that deflects greatest during overall buckling. While this phenomenon does not complicate the calculation of the lateral buckling load, either theoretically or in structural design codes, it has been shown in previous research that the influence of distortion in the elastic buckling of cantilevers is not the same as that experienced in the elastic buckling of simply supported beams. This paper extends the study of the distortional buckling of cantilevers into the hitherto unconsidered inelastic range of structural response. A finite element method for studying the inelastic bifurcative instability of members whose cross-sections may distort during buckling is described, and the efficacy of the method is demonstrated. It is then used to study the inelastic distortional buckling of hot-rolled I-section cantilevers with two common patterns of residual stresses, and which may be restrained elastically from buckling by other structural elements.
In this study, theoretical models and design procedures of the behavior of thin-walled simply supported steel beams with an open cross section under a large torsional effect are presented. I-sections were chosen as the cross section types. Firstly, the widely used differential equations for the lateral buckling for the pure bending moment effect in a beam element were adopted for the various moment distributions along the span of the beam. This solution was obtained for both mono-symmetric and bisymmetric sections. The buckling loads were then obtained by using the energy method. When using the energy method to solve the problem, it is possible to locate the load not only on the shear center but also at several points of the section depth. Buckling loads were obtained for six different load types. Results obtained for different load and cross section types were checked with ABAQUS software and compared with several standard rules.
In this study, fracture analysis of orthotropic FGM (Functionally Graded Material) plate having center crack is performed, numerically. Material axis arbitrarily oriented and there is an angle ${\theta}^{\circ}$ between material and crack axes. Stress intensity factors at the crack tips for Mode I are calculated using Displacement Correlation Method (DCM). In numerical analysis, effects of material properties and variation of angle ${\theta}^{\circ}$ between material and crack axes on the fracture behavior are investigated for four different boundary conditions. Consequently, it is found that the effect of ${\theta}^{\circ}$ on stress intensity factor depends on variation of material properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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