This paper presents a finite element procedure based on Bridging multi-scale method (BMM) in order to incorporate the effect of local/cross-sectional deformations (e.g., flange local buckling and web crippling) on the global behaviour of thin-walled members made of fibre-reinforced polymer composite laminates. This method allows the application of local shell elements in critical regions of an existing beam-type model. Therefore, it obviates the need for using computationally expensive shell elements in the whole domain of the structure, which is otherwise necessary to capture the effect of the localized behaviour. Consequently, highly accurate analysis results can be achieved with this method by using significantly smaller finite element model, compared to the existing methods. The proposed method can be used for composite polymer laminates with arbitrary fibre orientation directions in different layers of the material, and under various loading conditions. Comparison with full shell-type finite element analysis results are made in order to illustrate the efficiency and accuracy of the proposed technique.
This paper introduces an improved numerical model which can consider the bond-slip effect in steel-concrete composite structures without taking double nodes to minimize the complexity in constructing a finite element model. On the basis of a linear partial interaction theory and the use of the bond link element, the slip behavior is defined and the equivalent modulus of elasticity and yield strength for steel is derived. A solution procedure to evaluate the slip behavior along the interface of the composite flexural members is also proposed. After constructing the transfer matrix relation at an element level, successive application of the constructed relation is conducted from the first element to the last element with the compatibility condition and equilibrium equations at each node. Finally, correlation studies between numerical results and experimental data are conducted with the objective of establishing the validity of the proposed numerical model.
The front-end side members of automobiles, such as the hat-shaped section member, absorb most of the energy during the front-end collision. The side members absorb more energy in collision if they have higher strength and stiffness, and stable folding capacity (local buckling). Using the above characteristics on energy absorption, vehicle should be designed light-weight to improve fuel combustion ratio and reduce exhaust gas. Because of their specific strength and stiffness, CFRP are currently being considered for many structural (aerospace vehicle, automobiles, trains and ships) applications due to their potential for reducing structural weight. Although CFRP members exhibit collapse modes that are significantly different from the collapse modes of metallic materials, numerous studies have shown that CFRP members can be efficient energy absorbing materials. In this study, the CFRP side members were manufactured using a uni-directional prepreg sheet of carbon/Epoxy and axial static collapse tests were performed for the members. The collapse mode and the energy absorption capability of the members were analyzed under the static load.
The pultruded structural shapes are usually composed of thin-walled plate elements. Because the composite material has relatively low elastic moduli, the design of pultruded compression members may not be governed by the material strength limit state but by the stability limit state such as the local buckling or the global buckling. Therefore, the stability limit state must be checked to design pultruded columns. In this research, the local buckling analysis of pultruded I-shape column was conducted for various composite materials using the closed-form solution. To establish the design guidelines for the local buckling of pultruded I-shape compression members, the simplified form of equation to find the local buckling coefficient of pultruded I-shape column was proposed as a function of mechanical properties and the width ratio of plate components using the results obtainde by the closed-form solution. In order to verify the validity of proposed solution, the results obtained by the proposed approximate solution were compared with those of the closed-form solution and the experimental results.
This paper presents an analytical investigation pertaining to the elastic buckling behavior of pultruded fiber reinforced plastic equal-leg angle members under concentric axial compression. The elastic local and global buckling (flexural, torsional, and flexural-torsional) analyses are conducted, respectively, and the analytical results are compared with the existing experimental results. The differences were more than 10%, and the experimental results were higher than the analytical results.
This paper discusses the composite mechanism and its effect upon the behavior of a steel reinforced concrete (SRC) member subjected to a flexural load. The relationship between member strength and deformation is established using the bond strength between the steel and reinforced concrete. An analytical model is proposed and used to incorporate the sectional strains and bond strength at the elastic and inelastic stages for moment-curvature relationship derivation. The results from the flexural load tests are used to validate the accuracy of the proposed model. Comparisons between the experimental information and the analytical results demonstrate close moment-curvature relevance, which justifies the applicability of the proposed method.
Joint structures of composite truss bridges can have the same details for the connection between diagonal members and upper concrete slab as the connection between diagonal members and lower concrete slab. Adequate connection details should be decided according to design codes, constructibility, and economical evaluation. It is necessary to clarify the design check items and load transferring mechanism because combined external loads on composite truss bridges are concentrated at the joints. Joints with gusset plates and stud connectors are applied and complicated joint details may arise some problems in construction. This paper deals with experimental evaluation of the joints in composite truss bridges and proper design provisions were investigated to enhance the details. Push-out test specimens with group studs were fabricated and the effects of grouping and bent studs were studied.
In this study, we focus on the feasibility of structural topology optimization for a steel-timber composite beam design of optimally allocating glue-laminated timbers into a web with openings under the condition of given steel flanges. The motivation of this study is to topologically take maximal stiffness harmonizing both tension and compression performance of the steel-timber composite beam and become the eco-frandly timber design for buidling members. As a result of this study, the key web-openings allocation becomes triangle spaces, i.e., empty or no materials, of optimal topologies of both a pure timber plate and a steel flange-web timber plate without web-openings. Several applicable examples verify the effectiveness of topology optimization for steel-timber beams with web-openings.
Advanced composite materials such as carbon fiber, aramid, and glass fiber sheet, are widely used recently to strengthening existing reinforced concrete structures. The purpose of this paper was to investigate the mechanical characteristics of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet and evaluate the efficiency of the strengthening under load actions. Uniaxal compression tests of concrete compressive members confined with carbon fiber sheet were experimentally used to develop a relationship between the axial stresses and the lateral stresses. The resulting axial and lateral strains were used to determine the confinement effect of concrete compressive members.
The paper presents a methodology to model three-dimensional reinforced concrete members by means of embedded discontinuity elements based on the Continuum Strong Discontinuous Approach (CSDA). Mixture theory concepts are used to model reinforced concrete as a 3D composite material constituted of concrete with long fibers (rebars) bundles oriented in different directions embedded in it. The effects of the rebars are modeled by phenomenological constitutive models devised to reproduce the axial non-linear behavior, as well as the bond-slip and dowel action. The paper presents the constitutive models assumed for the components and the compatibility conditions chosen to constitute the composite. Numerical analyses of existing experimental reinforced concrete members are presented, illustrating the applicability of the proposed methodology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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