Moshkelgosha, Ehsan;Askari, Ehsan;Jeong, Kyeong-Hoon;Shafiee, Ali Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.2
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pp.231-244
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2017
The aim of this study is to develop a semi-analytical method to investigate fluid-structure coupling of concentric double shells with different lengths and elastic behaviours. Co-axial shells constitute a cylindrical circular container and a baffle submerged inside the stored fluid. The container shell is made of functionally graded materials with mechanical properties changing through its thickness continuously. The baffle made of steel is fixed along its top edge and submerged inside fluid such that its lower edge freely moves. The developed approach is verified using a commercial finite element computer code. Although the model is presented for a specific case in the present work, it can be generalized to investigate coupling of shell-plate structures via fluid. It is shown that the coupling between concentric shells occurs only when they vibrate in a same circumferential mode number, n. It is also revealed that the normalized vibration amplitude of the inner shell is about the same as that of the outer shell, for narrower radial gaps. Moreover, the natural frequencies of the fluid-coupled system gradually decrease and converge to the certain values as the gradient index increases.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.327-333
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1998
A method for analysis of the free vibrations of the composite cylindrical shell with a longitudinal, interior rectangular plate is developed by using the receptance method. This method is based on the ratio of a deflection(or slope) response to a harmonic force(or moment) at an joint point. The natural frequencies of the combined shells calculated numerically. The results are compared with the experiment and a finite, element analysis results in order to validate the formulation. The effects of the location and thickness of the plate on the frequencies are also investigated.
Elasticity solutions to the boundary-value problems of dynamic response under transverse asymmetric load of cross-ply shallow cylindrical panels are presented. The shell panel is simply supported along all four sides and has finite length. The highly coupled partial differential equations are reduced to ordinary differential equations with constant coefficients by means of trigonometric function expansion in the circumferential and axial directions. The resulting ordinary differential equations are solved by Galerkin finite element method. Numerical examples are presented for two (0/90 deg.) and three (0/90/0 deg.) laminations under dynamic loading.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.377-384
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2002
In this palter, a finite element technique is applied to both reinforced concrete and prestressed concrete containment vessels to predict the ultimate pressure capacity of the vessels subjected to internal pressure due to accident. The so-called volume-control technique is utilized to control the change in volume enclosed by the cylindrical containment vessels and layered shell elements equipped with a pressure node is utilizing to model the PSC vessels. The finite element analysis is carried out to obtain both global and local failure behavior of prestressed concrete nuclear containment vessels. nalytical results are verified by comparison with experimental data.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.30
no.2
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pp.67-81
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1988
The purpose of the present study is to set up an efficient optimum design method for the large-scale reinforced concrete cylindrical shell structures like intake tower of reservoir and to establish a solid foundation for the automatic optimum structural design combined with finite element analysis. The major design variables are the dimensions and steel areas of each member of the structures. The construction cost which is composed of the concrete, steel, and form work costs, respectively, is taken as the objective function. The constraint equations for the design of intake-tower are derived on the basis of the working stress design method. The corresponding design guides including the standard specification for concrete structures have been also employed in deraving the constraint conditions. The present nonlinear optimization problem is solved by SUMT method. The reinforced concrete intake-tower is decomposed into three major substructures. The optimization is then conducted for both the whole structure and the substructures. The following conclusions can be drawn from the present study. 1. The basis of automatic optimum design of reinforced concrete cylindrical shell structures which is combined with finite element analysis was established. 2. The efficient optimization algorithms which can execute the automatic optimum desigh of reinforced concrete intake-tower based on the working stress design method were developed. 3. Since the objective function and design variables were converged to their optimum values within the first or second iteration, the optImization algorithms developed in this study seem to be efficient and stable. 4. The difference in construction cost between the optimum designs with the substructures and with the entire structure was found to be small and thus the optimum design with the substructures,rnay conveniently be used in practical design. 5. The major active constraints of each structural member were found to be the tensile stress insteel for salb, the minimum lonitudinal steel ratio constraints for tower body and the shearing stress in concrete, tensile stress in steel and maximum eccentricityconstraints for footing, respectively. 6. The computer program develope in the present study can be effectively used even by an unexperienced designer for the optimum design of reinforced concrete intake-tower.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.668-674
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2001
An experimental study was performed for two types of co-axial cylindrical shell structures in order to establish the relationship between in-air dynamic characteristics and in-water ones and to observe hydrodynamic mass effects on their mode shapes when submerged. The outer cylinders are prepared with two kinds to get more insights on the fluid-structure interaction phenomena: one is flexible, which means that the outer cylinder has almost same stiffness as the inner one, and the other is a rigid one whose stiffness is more than ten times of the inner one's(it might be regarded as the scaled-down model of the reactor internals). The finite element. analyses were also implemented to support the experimental results. The results show that the natural frequencies of a co-axial cylindrical shell structure in water are remarkably lower than those in air due to the fluid mass effects. In case of the flexible-to-flexible cylinders, there exist in-phase and out-of-phase mode shapes and they are affected by the annular gap between the. co-axial cylinders. For the in-phase mode the in-water natural frequency decreases exponentially as the gap increases, while it slightly increases in case of the out-of-phase mode due to the squeezing effect of the gap fluid. In the flexible-to-rigid case, the normalized natural frequency(in-water frequency/in-air one) of the inner cylinder(core barrel model) ranges between in-phase and out-of-phase mode frequencies of the flexible-to-flexible co-axial cylindrical structure having identical dimensions. Also the normalized natural frequency of the inner cylinder of the flexible-to-rigid one moves from near of the in-phase mode frequency into the out-of-phase mode value of the flexible-to-flexible case as circumferential mode number(n) increases.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.34
no.3
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pp.328-338
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1998
It is main objective of this approach to present a method to analyse stochastic design sensitivity for problems of structural dynamics with randomness in design parameters. A combination of the adjoint variable approach and the second oder perturbation method is used in the finite element approach. An alternative form of the constant functional that holds for all times is introduced to consider the time response of dynamic sensitivity. The terminal problem of the adjoint system is solved using equivalent homogeneous equations excited by initial velocities. The numerical procedures are shown to be much more efficient when based on the fold superposition method : the generalized co-ordinates are normalized and the correlated random variables are transformed to uncorrelated variables, where as the secularities are eliminated by the fast Fourier transform of complex valued sequences. Numerical algorithms have been worked out and proved to be accurate and efficient : they codes whose element derivative matrices can be explicitly generated. The numerical results of two cases - 2-dimensional portal frame and 3/4-cylindrical shell structure - for the deterministic and stochastic sensitivity analysis illustrates in this paper.
This study investigated the yielding capacity and performance of seismic dampers constructed with steel ring plates using numerical and analytical approaches. This study aims to provide an analytical relationship for estimating the yielding capacity and initial stiffness of steel ring dampers. Using plastic analysis and considering the mechanism of plastic hinge formation, a relation has been obtained for estimating the yielding capacity of steel ring dampers. Extensive parametric studies have been carried out using a nonlinear finite element method to examine the accuracy of the obtained analytical relationships. The parametric studies include investigating the influence of the length, thickness, and diameter of the ring of steel ring dampers. To this end, comprehensive verification studies are performed by comparing the numerical predictions with several reported experimental results to demonstrate the numerical method's reliability and accuracy. Comparison is made between the hysteresis curves, and failure modes predicted numerically or obtained/observed experimentally. Good agreement is observed between the numerical simulations and the analytical predictions for the yielding force and initial stiffness. The difference between the numerical models' ultimate tensile and compressive capacities was observed that average of about 22%, which stems from the performance of the ring-dampers in the tensile and compression zones. The results show that the steel ring-dampers are exhibited high energy dissipation capacity and ductility. The ductility parameters for steel ring-damper between values were 7.5 to 4.1.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.45-56
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1990
This study deals with the nonlinear strength analysis of laminated composite cylindrical shells to find the optimum structure of pressure vessel. By applying the F.E.M. using the 8-node degenerated Isoparametric shell element and Total Lagrangian formulation and being adopted Newton-Raphson method with incremental load as a solution scheme. the optimum structure is found from the viewpoint of minimum displacement. As a results of linear analysis on the 9 cases of laminated structure, $[50^{\circ}/-50^{\circ}]$ composition of the shell laminate give the minimum deflection. In case of the nonlinear analysis by applying Quadratic Failure Criteria on laminated combination $[{\theta}^{\circ}/-{\theta}^{\circ}]$, shell laminate structure of ${\theta}=50^{\circ}$ under external uniform pressure was founded as a optimum structure and ${\theta}=50^{\circ}$ for the case of external and axial loading combined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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