The plate bucking is very important design criteria when the ship is composed of high tensile steel plates. The structures under the action of excessive exhibit local failure associated with bucking until they reach the ultimate limit state as a whole. Precise assessment of the behaviour of plate above primary buckling load is important. In this connection, series of elastic plastic large deflection analyses are performed on rectangular plates with aspect ratio 1.4 applying the finite element method. In this paper, the buckling/plastic collapse behavior of ship plates with secondary buckling is investigated. It has found that the other deflection componentes also increase with the increase of compressive load above the primary buckling load.
Many novel materials exhibit a property of different elastic moduli in tension and compression. One such material is graphene, a wonder material, which has the highest strength yet measured. Investigations on buckling problems for structures with different moduli are scarce. To address this new problem, firstly, the nondimensional expression of the relation between offset of neutral axis and deflection curve is derived based on the phased integration method, and then using the energy method, load-deflection relation of the rod is determined; Secondly, based on the improved constitutive model for different moduli, large deformation finite element formulations are developed and combined with the arc-length method, finite element iterative program for rods with different moduli is established to obtain buckling critical loads; Thirdly, material mechanical properties tests of graphite, which is the raw material of graphene, are performed to measure the tensile and compressive elastic moduli, moreover, buckling tests are also conducted to investigate the buckling behavior of this kind of graphite rod. By comparing the calculation results of the energy method and finite element method with those of laboratory tests, the analytical model and finite element numerical model are demonstrated to be accurate and reliable. The results show that it may lead to unsafe results if the classic theory was still adopted to determine the buckling loads of those rods composed of a material having different moduli. The proposed models could provide a novel approach for further investigation of non-linear mechanical behavior for other structures with different moduli.
Kim, Joo-Hyun;Park, Joo-Shin;Lee, Kyung-Hun;Kim, Jeong-Hyeon;Kim, Myung-Hyun;Lee, Jae-Myung
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.6
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pp.705-726
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2014
In general, cylindrically curved plates are used in ships and offshore structures such as wind towers, spa structures, fore and aft side shell plating, and bilge circle parts in merchant vessels. In a number of studies, it has been shown that curvature increases the buckling strength of a plate under compressive loading, and the ultimate load-carrying capacity is also expected to increase. In the present paper, a series of elastic and elastoplastic large deflection analyses were performed using the commercial finite element analysis program (MSC.NASTRAN/PATRAN) in order to clarify and examine the fundamental buckling and collapse behaviors of curved plates subjected to combined axial compression and lateral pressure. On the basis of the numerical results, the effects of curvature, the magnitude of the initial deflection, the slenderness ratio, and the aspect ratio on the characteristics of the buckling and collapse behavior of the curved plates are discussed. On the basis of the calculated results, the design formula was developed to predict the buckling and ultimate strengths of curved plates subjected to combined loads in an analytical manner. The buckling strength behaviors were simulated by performing elastic large deflection analyses. The newly developed formulations were applied in order to perform verification analyses for the curved plates by comparing the numerical results, and then, the usefulness of the proposed method was demonstrated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.1
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pp.229-236
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2015
In this study, the resilient modulus test and Light Weight Deflectormeter (LWD) test were conducted to simulate the moving vehicle load for the evaluation of the internal failure of epoxy asphalt pavement. The Measured displacement in the resilient modulus test of epoxy asphalt concrete showed very little residual deformation under repeated loads unlike the conventional asphalt. Therefore, the test results were evaluated as a normal state due to its similarity with elastic deformation. The deflection results from the resilient modulus tests were converted to the surface deflection modulus and the normal range of surface deflection modulus was estimated applying LWD measurement of 1 SIGMA level. Internal failure of pavements were estimated using the suspicious failure range at $60^{\circ}C$ and hysteresis. Internal moisture penetration and a decrease in bonding were observed in partial areas at $140{\mu}m$ of surface deflection. However, the areas showed inflection points in the hysteresis. Field investigation by suggested criterion indicated a high degree of accuracy.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.6
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pp.447-455
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2016
Precise propulsion shafting alignment of ships is very important to prevent damage of its support bearings due to excessive reaction forces caused by hull deflection, forces acted on propeller and crankshaft, and so forth. In this paper, a new iterative shafting alignment calculation procedure considering the interaction between shaft deflection and oil film pressure of Sterntube Journal Bearing (SJB) bush with single or multiple slopes is proposed. The procedure is based on a pressure analysis to evaluate distributed equivalent support stiffness of SJB by solving Reynolds equation and a deflection analysis of shafting system by a finite element method based on Timoshenko beam theory. SJB is approximated with multi-point biaxial elastic supports equally distributed to its length. Their initial stiffness values are estimated from dynamic reaction force calculated by assuming SJB as single rigid support. Then, the shaft deflection and the support stiffness of SJB are sequentially and iteratively calculated by applying a criteria on deflection variation between sequential calculation results. To demonstrate validity and applicability of the proposed procedure for optimal slope design of SJB, numerical analysis results for a shafting system are described.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.10
no.2
s.21
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pp.41-47
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2004
Plate has cutout inner bottom and girder and Door etc. in hull construction absence is used much, and this is strength in case must be situated, but establish in region that high stress interacts sometimes fatally in region that there is no big problem usually by purpose of weight reduction, a person and freight movement, piping etc.. Because cutout‘s existence is positioning in this place, and, elastic bucking strength by load causes large effect in ultimate strength. Therefore, perforated plate elastic bucking strength and ultimate strength is one of important design criteria to decide structural elements size at early structure design step of a ship. Therefore, we need reasonable & reliable design formula for elastic bucking strength of the perforated plate. The author computed numerically ultimate strength change about several aspect ratios, cutout dimension, and plate thickness by using ANSYS Finite element analysis code based on finite element method in this paper.
Plate has cutout inner bottom and girder and floor etc in hull construction absence is used much, and this is strength in case must be situated, but establish in region that high stress interacts sometimes fatally in region that there is no big problem usually by purpose of weight reduction, a person and change of freight, piping etc. Because cutout's existence gnaws in this place, and, elastic budding strength by load rouses large effect in ultimate strength. Therefore, perforated plate elastic budding strength and ultimate strength is one of important design criteria which must examine when decide structural elements size at early structure design step if ship. Therefore, and, reasonable elastic budding strength about perforated plate need design ultimate strength. Calculated ultimate strength change several aspect ratioes and cutout's dimension, and thickness in this investigation. Used program applied ANSYS F.E.M code based on finite element method
The present research investigates the thermodynamically bending behavior of FG sandwich plates, laying on the Winkler/Pasternak/Kerr foundation with various boundary conditions, subjected to harmonic thermal load varying through thickness. The supposed FG sandwich plate has three layers with a ceramic core. The constituents' volume fractions of the lower and upper faces vary gradually in the direction of the FG sandwich plate thickness. This variation is performed according to various models: a Power law, Trigonometric, Viola-Tornabene, and the Exponential model, while the core is constantly homogeneous. The displacement field considered in the current work contains integral terms and fewer unknowns than other theories in the literature. The corresponding equations of motion are derived based on Hamilton's principle. The impact of the distribution model, scheme, aspect ratio, side-to-thickness ratio, boundary conditions, and elastic foundations on thermodynamic bending are examined in this study. The deflections obtained for the sandwich plate without elastic foundations have the lowest values for all boundary conditions. In addition, the minimum deflection values are obtained for the exponential volume fraction law model. The sandwich plate's non-dimensional deflection increases as the aspect ratio increases for all distribution models.
Journal of the wind engineering institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.155-161
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2018
In modern society, damage caused by strong winds such as typhoons is expected to increase due to urbanization and global warming. In order to test the reinforcement performance of the newly developed window protection device, two-point force test and uniformly distributed load test were carried out on non-reinforced plate glass. It reinforcement performance of the window protection device was evaluated based on the flexural performance improvement. The analytical performance of the window protection device was evaluated by analysis using differential equations of elastic loading method and deflection curve and Midas-Gen. First, the analytical window protection device was evaluated by formulae derived using differential equations of elastic loading and deflection curve. The validity of the derived formulae investigated by comparing the maximum deflection of the central part of the plate with the experimental value and the theoretical value at maximum load. Then the results were compared with those by finite element FE method using Midas-Gen. Under the experimental conditions, with the window protection device, stress reduction effect up to 40% and deflection reduction up to 71.4% under the same load were obtained. It was also found that it is advantageous to perform the FE analysis using the plate element when the performance is evaluated because the error of FE analysis result using plate elements is far less than that using beam elements.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.24
no.3
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pp.73-83
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1982
study aims to derive a rational method for the analysis of the farm silo supported on an elastic foundation in which it is assumed that the reaction pressure of the soil at a point is proportional to the deflection at that point. In order to investigate the effects of an elastic foundation on the behaviour of the structures on it, the analysis of the farm silo resting on an elastic foundation was compared with the solution that the ground support may be assumed uniform (which was obtained from part I of this paper). To calculate the deformation of an elastic foundation, Boussinesq's solution which allows an interaction of the various parts of ground was adopted. In this case, the foundation was treated as a superparametric element additionally. In the evaluation of an element stiffness matrix, Gauss quadrature' was used. In above numerical integration, 3-point rule for the farm silo wall and the footing was introduced and 2-point rule for the evaluation of a reaction between the footing and the elastic foundation was adopted. The stresses of a farm silo on an elastic foundation were smaller than those which the distribution of contact pressure between the footing and the soil is assumed uniformly. Since the differences of stresses were remarkable in PS structures than RC structures, it is desirable that designers take into account the effect of an elastic foundation for the case of PS structures. It can be noted that while the effect of an elastic foundation was more conspicuously observed in near of the ground, the value of stresses at far from the soil was little affected by an supported soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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