Observations from experiments and real fire indicate that restrained steel beams have better fire-resistant capability than isolated beams. Due to the effects of restraints, a steel beam in fire condition can undergo very large deflections and the run away damage may be avoided. In addition, axial forces will be induced with temperature increasing and play an important role on the behaviour of the restrained beam. The factors influencing the behavior of a restrained beam subjected to fire include the stiffness of axial and rotational restraints, the load type on the beam and the distribution of temperature in the cross-section of the beam, etc. In this paper, a simplified model is proposed to analyze the performance of restrained steel beams in fire condition. Based on an assumption of the deflection curve of the beam, the axial force, together with the strain and stress distributions in the beam, can be determined. By integrating the stress, the combined moment and force in the cross-section of the beam can be obtained. Then, through substituting the moment and axial force into the equilibrium equation, the behavior of the restrained beam in fire condition can be worked out. Furthermore, for the safety evaluation and repair after a fire, the behaviour of restrained beams during cooling should be understood. For a restrained beam experiencing very high temperatures, the strength of the steel will recover when temperature decreases, but the contraction force, which is produced by thermal contraction, will aggravate the tensile stresses in the beam. In this paper, the behaviour of the restrained beam in cooling phase is analyzed, and the effect of the contraction force is discussed.
Ahn, Ouk-Ju;Jeong, Jai-Ok;Kim, Chang-Hyun;Kang, Dong Wan
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.21
no.2
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pp.153-167
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2005
The purpose of this study was to compare the v-shape thread with the square shape thread of fixture in the view of stress distribution pattern using finite element stress analysis. The finite element model was designed with the parallel placement of two standard fixtures(4.0 mm diameter ${\times}$ 11.5 mm length) on the region of mandibular 1st and 2nd molars. Three dimensional finite element model was created with the components of the implant and surrounding bone. This study simulated loads of 200 N at the central fossa in a axial direction (load A), 200 N at the buccal offset load that is 2 mm apart from central fossa in a axial direction (load B), 200 N at the buccal offset load that was 4 mm apart from central fossa in a axial direction (load C). These forces of load A',B',C' were applied to a $15^{\circ}$ inward oblique direction at that same site with 200 N. Von Mises stress values were recorded and compared in the supporting bone, fixture, and abutment screw. The following results have been made based on this study : 1. The highest stress concentration occurred at the cervical region of the implant fixture. 2. Von Mises stress value of off-site region was higher than that of central fossa region. 3. Square shape thread type showed more even stress distribution in the vertical and oblique force than V-shape thread type. 4. Stress distribution was the most effective in the case of buccal offset load (2, 4 mm distance from central fossa) in the square shape thread type. 5. V-shape thread type revealed higher von Mises stress value than square shape thread type in all environmental condition. The results from numerical analyses concluded that square shape thread type had the lower destructive stress and more stress distribution between the fixture and bone interface than V-shape thread type. Therefore, square shape thread type was regarded as optimal thread configuration in biomechanical concepts.
In this paper, buckling analysis of hybrid functionally graded plates using a novel four variable refined plate theory is presented. In this theory the distribution of transverse shear deformation is parabolic across the thickness of the plate by satisfying the surface conditions. Therefore, it is unnecessary to use a shear correction factor. The variations of properties of the plate through the thickness are according to a symmetric sigmoid law (symmetric S-FGM). The principle virtual works is used herein to extract equilibrium equations. The analytical solution is determined using the Navier method for a simply supported rectangular plate subjected to axial forces. The precision of this theory is verified by comparing it with the various solutions available in the literature.
When a layer of cylindrical composite component containing an axisymmetric residual stress state is removed from the inner or outer surface, the dimension of the remaining material changes to balance internal forces. Therefore, in order to machine cylindrical composite components within tolerances, it is important to know dimensional changes caused by residual stress redistribution in the body. In this study, analytical solutions for dimensional changes and the redistribution of residual stresses due to the layer removal from a residually stressed cylindrically orthotropic cylinder were developed. The cylinder was assumed to have axisymmetric radial, tangential and axial residual stresses. The result of this study is useful in cases where the initial residual stress distribution in the component has been measured by a non-destructive technique such as neutron diffraction with no information on the effect of layer removal operation on the dimensional changes.
The structural design requirements of an offshore platform subjected to wave induced forces and moments in the jacket can play a major role in the design of the offshore structures. For an economic and reliable design; good estimation of wave loadings are essential. A nonlinear response analysis of a fixed offshore platform under structural and wave loading is presented, the structure is discretized using the finite element method, wave plus current kinematics (velocity and acceleration fields) are generated using 5th order Stokes wave theory, the wave force acting on the member is calculated using Morison's equation. Hydrodynamic loading on horizontal and vertical tubular members and the dynamic response of fixed offshore structure together with the distribution of displacement, axial force and bending moment along the leg are investigated for regular and extreme conditions, where the structure should keep production capability in conditions of the 1-yr return period wave and must be able to survive the 100-yr return period storm conditions. The result of the study shows that the nonlinear response investigation is quite crucial for safe design and operation of offshore platform.
Stress corrosion crack growth is simulated after assuming a small axial surface crack inside a S/G tube. Internal pressure and residual stresses are considered as applied forces. Stress intensity factors along crack front, variation of crack shape and crack growth rate are obtained and discussed. It is noticed that the aspect ratio of the crack is not depend on the initial crack shape but depend on the residual stress distribution.
Fenollosa, Ernesto;Gil, Enrique;Cabrera, Ivan;Vercher, Jose
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.861-876
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2015
Composite sections design consists on checking that the point defined by axial load and bending moment keeps included within the surface enclosed by the section interaction curve. Eurocode 4 suggests a method for tracing this diagram based on the plastic stress distribution method. However curves obtained according to this criterion overvalue concrete encased sections bearing capacity, especially when axial force comes with high bending moment values, so a correction factor is required. This article proposes a method for tracing this diagram based on the strain compatibility method. When stresses on the section are integrated by considering the Navier hypothesis, the use of the materials nonlinear constitutive equations provides curves much more adjusted to reality. This process requires the use of rather complex software which might reveal as too complex for practitioners. Preserving the same criteria of an elastic-plastic stress distribution, this article presents alternative expressions to obtain the failure internal forces in five significant points of the interaction diagram having considered five different positions of the neutral axis. These expressions are simply enough for their practical application. Concordance of curves traced strictly relying on these five points with those obtained by computer assisted stress integration considering the strain compatibility method and even with Eurocode 4 weighted curves will be presented for three different cross-sections and two different concrete strengths, revealing very good results.
Numerical analysis is important for the design, construction and maintenance of large caverns. The rock mass contains generally discontinuities such as faults, joints and fissures. The mechanical behavior and geometric characteristics of these discontinuities would have a significant impact on the stability of the caverns. In this research the Distinct Element Method(DEM) was used to analyze the structural stability of the large cavern. The Barton-Bandis Joint Model (B-B J.M) was used as a constitutive model for the joint. In addition, two different cases 1) analysis with a support system and 2) analysis with no support system, were analyzed to optimize a support system and to investigate reinforcing effects of a support system. The most significant parameters of in-situ stress, JRC of in-situ natural joints, and spatial distribution characteristics of discontinuities were acquired through field investigation. Displacement (horizontal, joint shear), maximum joint opening, maximum and minimum principal stresses, range of relaxed zone, rockbolt axial forces and shotcrete stresses were calculated at each excavation stage. As a result of analysis the calculated values proved to be under the allowable value Rockbolts also proved to be an efficient support measure to control joint shear displacement which had significant effects on extending the relaxed zone. As a consequence, the structural stability of the cavern was assured with an appropriate support system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.304-311
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2001
This research numerically analyzes the dynamic characteristics of a coupled journal and thrust hydrodynamic bearing due to its groove location which has the static load due to the weight of a rotor in the axial direction and the dynamic load due to its mass unbalance in the radial direction. The Reynolds equation is transformed to solve a plain member rotating type of journal bearing(PMRJ), a grooved member rotating type of journal bearing (GMRJ), a plain member rotating type of thrust bearing (PMRT) and a grooved member rotating type of thrust bearing (GMRT). FEM is used to solve the Reynolds equations in order to calculate the pressure distribution in a fluid film. Reaction forces and friction torque are obtained by integrating the pressure and shear stress along the fluid film, respectively. Dynamic behaviors, such as whirl radius or floating height of a rotor, are determined by solving its nonlinear equations of motion with the Runge-Kutta method. This research shows that the groove location affects the pressure distribution in the fluid film and consequently the dynamic performance of a HDD spindle system.
The effect of raft flexibility on piled raft foundations in sandy soil was investigated using a numerical analysis and an analytical study. The investigation's emphasis was the load sharing between piles and raft following the raft rigidity (KR), end-bearing conditions. The case of individual piles and subsequently the response of groups of piles was analyzed using a 3D FEM. This study shows that the αpr, load-sharing ratio of piled raft foundations, decreases as the vertical loading increases and as the KR decreases. This tendency is more obvious when using friction piles compared to using end-bearing piles. The effect of raft rigidity is found to be more significant for the axial force distribution - each pile within the foundations has almost similar axial forces of the pile head with a flexible raft; however, each pile has different values with rigid rafts, especially with the end-bearing piles. The axial force of the pile base with floating piles shows similar point-bearing resistance for all the piles; however, it shows different values with end-bearing piles. The differential settlement ratio of rafts showed a larger value with lower KR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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