Z-section composite stringers with various lengths and flange-widths are tested in axial compression for the validation of a finite element algorithm to calculate the buckling and crippling stresses of composite laminated stringers. The stacking sequence considered is $[{\pm}45/0/90]s$. Strain gages are attached to each specimen, and deflection and end-shortening are obtained by two LVDTs. The buckling load is determined from the load vs. strain response, load vs. end-shortening curves, and load vs. out-of-plane deflection curves. The ultimate stress after local buckling is used as the crippling stress. Comparison between finite element and experimental results shows good agreement in the local buckling and crippling stresses.
Finite element analysis for the stress intensity factor (SIF) at the skin/stiffener structure with inclined central crack repaired by composite stiffened panels is developed. A numerical investigation was conducted to characterize the fracture behavior and crack growth behavior at the inclined crack. In order to investigate the crack growth direction, maximum tangential stress (MTS) criterion are used. Also, this paper is to study the performance of the effective bonded composite patch repair of a plate containing an inclined central through-crack. The main objective of this research is the validation of the inclined crack patching design. In this paper, the reduction of stress intensity factors at the crack-tip and prediction of crack growth direction are determined to evaluate the effects of various non-dimensional design parameter including; composite patch thickness and stiffener distance. We report the results of finite element analysis on the stiffener locations and crack slant angles and discuss them in this paper. The research on cracked structure subjected to mixed mode loading is accomplished and concludes that more work using a different approaches is necessary. The authors hope the present study will aid those who are responsible for the repair of damaged aircraft structures and also provide general repair guidelines.
Shaheen, Yousry B.I.;Eltaly, Boshra A.;Abdul-Fataha, Samer G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.50
no.6
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pp.817-834
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2014
An experimental program was designed in the current work to examine the structural behavior of ferrocement beams reinforced with composite materials under three point loadings up to failure. The experimental program comprised casting and testing of twelve ferrocement beams having the dimensions of 120 mm width, 200 mm depth and 1600 mm length. The twelve beams were different in the type of reinforcements; steel bars, traditional wire meshes (welded and expanded wire meshes) and composite materials (fiberglass wire meshes and polypropylene wire meshes). The flexural performances of the all tested beams in terms of strength, ductility, cracking behavior and energy absorption were investigated. Also all the tested beams were simulated using ANSYS program. The results of the experimental tests concluded that the beam with fiber glass meshes gives the lowest first crack load and ultimate load. The ferrocement beam reinforced with four layers of welded wire meshes has better structural behavior than those beams reinforced with other types of wire meshes. Also the beams reinforced with metal wire meshes give smaller cracks width in comparing with those reinforced with non-metal wire meshes. Also the Finite Element (FE) simulations gave good results comparing with the experimental results.
The objective of this paper is to investigate the flexural behavior of concrete-filled round-ended steel tubes (CFRTs) under bending. Beam specimens were tested to investigate the mechanical behavior of the CFRTs, including four CFTs with different concrete strengths and steel ratios, and three CFRTs with varied aspect ratios. The load vs. deflection relationships and the failure modes for CFRTs were analyzed in detail. The composite action between the core concrete and steel tube was also discussed and examined based on the experimental results. In addition, ABAQUS program was used to develop the full-scale finite element model and analyze the effect of different parameters on the moment vs. curvature curves of the CFRTs bending about the major and minor axis, respectively. Furthermore, design formulas were proposed to estimate the ultimate moment and the flexural stiffness of the CFRTs, and the simplified theoretical model of the moment vs. curvature curves was also developed. The predicted results showed satisfactory agreement with the experimental and FE results. Finally, the differences of the experimental, FE and predicted results using the existing codes were illustrated.
Soft magnetic composites (SMCs) are especially suitable for the construction of low-cost, high-performance motors with 3-D magnetic fields. The main advantages of SMCs is that the iron particles are insulated by the surface coating and adhesive used for composite bonding, the eddy-current loss is much lower than that in laminated steels, especially at higher frequencies, and the hysteresis loss becomes the dominant component of core losses. These properties enable machines to operate at higher frequencies, resulting in reduced machine size and weight. In this paper, 3-D topologies are proposed that enable the application of SMCs to effectively reduce losses in high-speed permanent magnet (PM) motors. In addition, the electromagnetic field characteristics of the motor topologies are evaluated and compared using a non-linear finite element method (FEM) based on 3-D numerical analysis, and the feasibility of the motor designs is validated.
The piezoelectric transverse $d_{15}$ shear sensing mechanism is firstly assessed experimentally for a cantilever smart sandwich plate made of a piezoceramic axially poled patched core and glass fiber reinforced polymer composite faces. Different electrical connections are tested for the assessment of the sensor performance under a varying amplitude harmonic (at 24 Hz) force. Also, the dynamic response of the smart sandwich composite structure is monitored using different acquisition devices. The obtained experimentally sensed voltages are compared to those resulting from the benchmark three-dimensional piezoelectric coupled finite element simulations using a commercial code where realistic features, like equipotential conditions on the patches' electrodes and mechanical updating of the clamp, are considered. Numerically, it is found that the stiffness of the clamp, which is much softer than the ideal one, has an enormous influence on the sensed voltage of its adjacent patch; therefore, sensing with the patch on the free side would be more advantageous for a cantilever configuration. Apart from confirming the latter result, the plate benchmark experimental assessment showed that the parallel connection of its two oppositely poled patches has a moderate performance but better than the clamp side patch acting as an individual sensor.
The tubed steel reinforced concrete (SRC) column is a composite column in which the outer steel tube is mainly used to provide confinement on the core concrete. This paper presents experimental and analytical studies on the behavior of circular tubed SRC (TSRC) columns subjected to axial compression. Eight circular TSRC columns were tested to investigate the effects of length-to-diameter ratio (L/D) of the specimens, diameter-to-thickness ratio (D/t) of the steel tubes, and use of stud shear connectors on the steel sections. Elastic-plastic analysis on the steel tubes was used to investigate the mechanism of confinement on the core concrete. The test results indicated that the tube confinement increased the strength and deformation capacity for both short and slender columns, and the effects on strength were more pronounced for short columns. A nonlinear finite element (FE) model was developed using ABAQUS, in which the nonlinear material behavior and initial geometric imperfection were included. Good agreement was achieved between the predicted results using the FE model and the test results. The test and FE results were compared with the predicted strengths calculated by Eurocode 4 and the AISC Standard. Based on the analytical results, a new design method for this composite column was proposed.
This study investigates numerically the behavior of tilted angle shear connectors embedded in solid concrete slabs. Two different tilted angle connectors were used, titled angle with 112.5 and 135 degrees between the angle leg and steel beam flange. A nonlinear finite element model was developed to simulate and validate the experimental push-out tests. Parametric studies were performed to investigate the variations in concrete strength and connector's dimensions. The results indicate that the ultimate strength of a tilted angle shear connector is directly related to the square root of the concrete compressive strength. The effects of variations in the geometry of tilted angle connectors on the shear capacity are discussed in details. Based on the numerical analyses, two equations are proposed to estimate the ultimate capacity of tilted angle shear connectors of 112.5 and 135 degrees in the defined range of parameters.
The one way fluid structure interaction analysis on advanced propeller blade for next generation turboprop aircraft. HS1 airfoil series are selected as a advanced propeller blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point. Blade sweep is designed based on the design mach number and target propulsion efficiency. The aerodynamic characteristics of the designed Advanced propeller were verified by CFD(Computational Fluid Dynamic) and showed the enhanced performance than the conventional propeller. The skin-foam sandwich structural type is adopted for blade. The high stiffness, strength carbon/epoxy composite material is used for the skin and PMI(Polymethacrylimide) is used for the foam. Aerodynamic load is calculated by computational fluid dynamics. Linear static stress analysis is performed by finite element analysis code MSC.NASTRAN in order to investigate the structural safety. The result of structural analysis showed that the design has sufficient structural safety. It was concluded that structural safety assessment should incorporate the off-design points.
Steel -Concrete Composite two girder railway bridges applying high performance steel with extra thick plate have economic and aesthetic advantages due to the simplification of manufacturing and construction process. However, steel bridges are seldom adopted in domestic railway bridge, since steel bridges are not efficient as R.C bridges considering dynamic characteristics and noise, etc. While highway bridges do not have lower horizontal bracing and larger interval of diaphragm cross beam, railway bridges install lower horizontal bracings to control the torsion due to heavy eccentrical line load. Accurate finite element analysis were performed with the parameters of existence of bracing and bracing shape, with the cross beam interval and stiffness, etc. To find out the effects of secondary members such as horizontal bracings and diaphragms, static md dynamic analysis have been performed by using finite element method. In this study, few member plate-girder bridges are analyzed with variable span lengths to examine the dynamic behavior and limits of damping. And though lateral bracings are members against torsion, but lateral bracing's absence is no big problem. Time history analysis using mode superposition method makes proof of this result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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