The application of rib stiffeners is common on steel connections, with regard to the stiffened angle connection, experimental results about the influence of stiffeners under monotonic and cyclic loading are very limited. Consequently, this paper presents the experimental investigation on four types angle connections with or without stiffener under static loading and another four type stiffened angle connections subjected to cyclic loading. The static experimental result showed that the rib stiffener weld in tension zone of the connection greatly enhanced its initial rotational stiffness and flexural strength. While a stiffener was applied to the compression zone of the connection, it had not obvious influences on the initial rotational stiffness, but increased its flexural strength. The moment-rotation curves, skeleton curves, ductility, energy dissipation and rigidity were evaluated under cyclic loading. Stiffened top-and-seat angle connections behaved as semi-rigid and partial strength, and rotation of all stiffened angle connections exceeded 0.04rad. The failure modes between monotonic and cyclic loading test were completely different and indicated certain robustness.
Pons, David;Espinos, Ana;Albero, Vicente;Romero, Manuel L.
Steel and Composite Structures
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v.26
no.6
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pp.705-717
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2018
This paper presents a numerical investigation on the mechanical performance of concrete-filled dual steel tubular columns of circular section subjected to concentric axial load. A three-dimensional numerical model is developed and validated against a series of experimental tests. A good agreement is obtained between the experimental and numerical results, both in the peak load value and in the ascending and descending branches of the load-displacement curves. By means of the numerical model, a parametric study is carried out to investigate the influence of the main parameters that determine the axial capacity of double-tube columns, such as the member slenderness, inner and outer steel tube thicknesses and the concrete grade - of both the outer concrete ring and inner core -, including ultra-high strength concrete. A total number of 163 numerical simulations are carried out, by combining the different parameters. Specific indexes are defined (Strength Index, Concrete-Steel Contribution Ratio, Inner Concrete Contribution Ratio) to help rating the relative mechanical performance of dual steel tubular columns as compared to conventional concrete-filled steel tubular columns, and practical design recommendations are subsequently given.
Structures may need retrofitting as a result of design and calculation errors, lack of proper implementation, post-construction change in use, damages due to accidental loads, corrosion and changes introduced in new editions of construction codes. Retrofitting helps to compensate weakness and increase the service life. Fiber Reinforced Polymer (FRP) is a modern material for retrofitting steel elements. This study aims to investigate the effect of deficiency location on the axial behavior of compressive elements of Circular Hollow Section (CHS) steel short columns. The deficiencies located vertically or horizontally at the middle or bottom of the element. A total of 43 control column and those with deficiencies were investigated in the ABAQUS software. Only 9 of them tested in the laboratory. The results indicated that the deficiencies had a significant effect on the increase in axial deformation, rupture in deficiency zone (local buckling), and decrease in ductility and bearing capacity. The damages of steel columns were responsible for resistance and stiffness drop at deficiency zone. Horizontal deficiency at the middle and vertical deficiency at the bottom of the steel columns were found to be the most critical. Using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) as the most effective material in retrofitting the damaged columns, significantly helped the increase in resistance and rupture control around the deficiency zone.
This paper presents a semi-analytical solution for the creep analysis and life assessment of 304L austenitic stainless steel thick truncated conical shells using multilayered method based on the first order shear deformation theory (FSDT). The cone is subjected to the non-uniform internal pressure and temperature gradient. Damages are obtained in thick truncated conical shell using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The creep response of the material is described by Norton's law. In the multilayer method, the truncated cone is divided into n homogeneous disks, and n sets of differential equations with constant coefficients. This set of equations is solved analytically by applying boundary and continuity conditions between the layers. The results obtained analytically have been compared with the numerical results of the finite element method. The results show that the multilayered method based on FSDT has an acceptable amount of accuracy when one wants to obtain radial displacement, radial, circumferential and shear stresses. It is shown that non-uniform pressure has significant influences on the creep damages and remaining life of the truncated cone.
The use of high-strength steel and concrete in the construction industry has been gaining increasing attention over the past few decades. With it comes the need to utilise high-strength structural bolts to ensure the design load to be transferred safely through joint regions, where the space is limited due to the reduced structural dimensions. However, research on the behaviour of high-strength structural bolts under various loading combinations is still insufficient. Most of the current design specifications concerning high-strength structural bolts were established based on a very limited set of experimental results. Moreover, as experimental programs normally include limited design parameters for investigation, finite element analysis has become one of the effective methods to assist the understanding of the behaviour of structural components. An accurate and simple full-range stress-strain model for high-strength structural bolts under different loading combinations was therefore developed, where the effects of bolt fracture was included. The ultimate strength capacities of various structural bolts obtained from the present experimental program were compared with the existing design provisions. Furthermore, design recommendations concerning the pure shear and tension, as well as combined shear and tension resistance of Grade 10.9 high-strength structural bolts were provided.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.18
no.5
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pp.359-366
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2013
In the lower arm design process, a tolerance optimization of the variance of design variables should be preceded before manufacturing process, since it is very cost-effective compared to a strict management of tolerance of products. In this study, a design of experiment (DOE) based on response surface model (RSM) was carried out to find optimized design variables of the lower arm, which can meet a given requirement of probability constraint for the process capability index (Cpk) of the weight and maximum stress. Then, the design space was explored by using the central composite design method, in which the 2nd order Taylor expansion was applied to predict a standard deviation of the responses. The optimal solutions satisfying the probability constraint of the Cpk were found by considering both of the mean value and the standard deviation of the design variables.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.9
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pp.52-57
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2010
The analysis of a crack in a bone-like material is performed numerically. The bone-like material is hierarchically structured and each hierarchy is structured by mineral platelets and protein matrix through staggered arrangement. Mechanical behavior of the composite can be analyzed using tension shear chain model. The Dugdale model is adopted to evaluate the fracture energy of Bone-like material. The fracture energy dissipation is assumed to concentrate within a strip near the crack tip along the prospective crack path. Fracture criterion of the bone-like material is estimated by using J integral. Effects of hierarchical level, ratio of elastic modulus of mineral to protein, aspect ratio of mineral platelet and volume fraction on J integral are investigated. It is found that the J integral decreases as elastic modulus ratio and hierarchy level increase. It is also shown that the J integral increases as the volume fraction and aspect ratio decrease.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.4
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pp.120-127
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2009
Spindle units of machine tool are very important part in the manufacturing area. Recently high speed machining has become the main issue of metal cutting. To develop high speed machine tools, a lot of studies have been carried out for high speed spindle. Due to increase of the rotational speed of the spindle, there has been renewal of interest in vibration of spindle. This paper concerns the improvement of spindle design using design of experiments. To improve the design of critical speed and weight of spindle, the experiments using central composite method have been carried out. The targets are critical speed and weight of spindle. For optimization of critical speed and weight and optimization of only critical speed by operation of all area search through response optimizer, the result of analysis has improved design of each factor. Finite element analyses are performed by using the commercial codes ARMD, CATIA V5 and ANSYS workbench. From the results, it has been shown that the proposed method is effective for modification of spindle design to improve critical speed and weight.
Kwak, Hyo Gyoung;Seo, Young Jae;Jung, Chan Mook;Park, Young Ha
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.123-131
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2000
In this study, both experimental and analytical study for behavior of the existing composite steel box girder bridges, constructed along with the procedure of continuous placing slab, are conducted to establish the validity of the proposed model. The layer approach is adopted to determine the equilibrium condition in a section to consider the different material properties and concrete cracking across the sectional depth, and the beam element stiffness is constructed on the basis of the assumed displacement field formulation and the 3-points Gaussian Integration. In addition, the effects of creep and shrinkage of concrete for time-dependent behavior of the bridge are taken into consideration. Finally, both analytical and experimental results are compared.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1995.03a
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pp.158-165
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1995
A new fungible materal named Epoxy-Granite composite is applied to the column structure of drilling center in order to investigate the advanced dynamic chatateristics comparing with a conventional cast iron material. The dimensions of new colum structure are adjusted to keep the same stiffness (El value) and the manufacturing conditions are formulated based on the preceeding research experience about the development of Epoxy-Granite structural material. The two kinds of experiments are set up. one of which is for the measurement of natural mode and frequency using experimental modal analysis and the other one is for the measurement of vibration amplitude during idling operation of a machine fool. The comparison of maximum, accelerance values at each natural frequency of bending mode shows a Epoxy-Granite column have larger modal damping ratios(over 2times) than a cast iron column. The vibration amplitude of Epoxy-Granite column measued on the bed motor base and top of column are also much smaller (up to 12%) than the case of cast iron column. It is therefore confirmed that a Epoxy-Granite materal exhibits a good anti-vibrational property even if it is used under the actual operational environments of machine eool as a practical structural element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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