Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.5
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pp.435-444
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2011
This paper deals with the structural assessment of metallic and non-metallic stiffened/monocoque plated marine structures under a lateral pressure load to identify appropriate combination of material and section configuration, especially at the preliminary marine structural design stage. A generic rectangular plated structure is exemplified from the metallic superstructure of a marine vessel and its structural topology is varied for the structural assessment. In total 13 different structural topologies are proposed and assessed using appropriate elastic solutions in conjunction with a set of stress and deflection limits obtained from practice. The geometry dimensions and weights of the structural topologies are calculated, and subsequently, the costs of the materials used in the structural topologies are reviewed to discuss the cost-effectiveness of the materials. Finally, conclusions are made with the aim of suggesting suitable structural topology for the marine structural member considered in this paper.
Materials which exhibit different elastic moduli in tension and compression are known as bimodular materials. The bimodular materials model, which is founded on the criterion of positive-negative signs of principal stress, is important for the structural analysis and design. However, due to the inherent complexity of the constitutive relation, it is difficult to obtain an analytical solution of a bimodular bending components except in particular simple problems. Based on the existent simplified model, this paper solves analytically bending thin plates with different moduli in tension and compression. By using the continuity conditions of stress components in unknown neutral layer, we determine the location of the neutral layer, and derive the governing differential equation for deflection, the flexural rigidity, and the internal forces in the thin plate. We also use a circular thin plate with bimodulus to illustrate the application of this solution derived in this paper. The results show that the introduction of different moduli has influences on the flexural stiffness of the bending thin plate.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.6
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pp.869-886
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2013
This work presents an experimental methodology specially developed for the nonlinear large-amplitude free vibration analysis of a clamped-free thin-walled metal column under self-weight. The main contribution of this paper is related to the developed experimental methodology which is based on a remote sensing technique using a computer vision system that integrates, on-line, the digital image acquisition and its treatment through special image processing routines. The main importance of this methodology is that it performs large deflections measurements without making contact with the structure and thus, not introducing undesirable changes in its behavior, for instance, appreciable changes in mass and stiffness properties. This structure presents, in most cases, highly non-linear responses, which cannot be reproduced by conventional finite-element softwares due, mainly, to the simultaneous influence of geometric and inertial non-linearities. To capture the non-linearities associated with large amplitude vibration and be able to describe the buckling process, the structure is discretized as a sequence of jointed coupled elastic pendulums. The obtained numerical results are favorably compared with the experimental ones, in the pre- and post-buckling regimes.
Seo, Byoungcheon;Truong, Dac Dung;Cho, Sangrai;Kim, Dongju;Park, Sookeun;Shin, Hyunkyoung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.4
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pp.520-528
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2018
This paper presents the results of experimental investigation on the elastic-plastic response of steel unstiffened wedges with dead-rise $10^{\circ}$ subjected to repeated impulsive pressure loadings. Repeated drop tests were performed with both wedge thickness and drop height varied. The pressure and histories were recorded during the tests and the permanent deflections were measured after every drop. Using the recorded test result, the effects of flexibility of wedges and repetition have been investigated. From the pressure history obtained from the tests the characteristics of the impulses were identified. Numerical simulations of the tests were made using the measured pressure history and the permanent deflection predictions were compared with those of the experiments.
In this study, optimal distribution of springs which supports a cantilever beam is investigated to minimize two objective functions defined. The optimal size and location of the springs are ascertained to minimize the tip deflection of the cantilever beam. Afterwards, the optimization problem of springs is set up to minimize the tip absolute acceleration of the beam. The Fourier Transform is applied on the equation of motion and the response of the structure is defined in terms of transfer functions. By using any structural mode, the proposed method is applied to find optimal stiffness and location of springs which supports a cantilever beam. The stiffness coefficients of springs are chosen as the design variables. There is an active constraint on the sum of the stiffness coefficients and there are passive constraints on the upper and lower bounds of the stiffness coefficients. Optimality criteria are derived by using the Lagrange Multipliers. Gradient information required for solution of the optimization problem is analytically derived. Optimal designs obtained are compared with the uniform design in terms of frequency responses and time response. Numerical results show that the proposed method is considerably effective to determine optimal stiffness coefficients and locations of the springs.
This paper presents the cost optimization of a composite I beam floor system, designed to be made from a reinforced concrete slab and steel I sections. The optimization was performed by the mixed-integer non-linear programming (MINLP) approach. For this purpose, a number of different optimization models were developed that enable different design possibilities such as welded or standard steel I sections, plastic or elastic cross-section resistances, and different positions of the neutral axes. An accurate economic objective function of the self-manufacturing costs was developed and subjected to design, resistance and deflection (in)equality constraints. Dimensioning constraints were defined in accordance with Eurocode 4. The Modified Outer-Approximation/Equality-Relaxation (OA/ER) algorithm was applied together with a two-phase MINLP strategy. A numerical example of the optimization of a composite I beam floor system, as presented at the end of this paper, demonstrates the applicability of the proposed approach. The optimal result includes the minimal produced costs of the structure, the optimal concrete and steel strengths, and dimensions.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2002.11a
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pp.107-112
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2002
Basically, ship structure consists of the plate members, and a strength of overall ship structurnds on the stiffness and strength of ship platings. If buckling which causes to deflect ship plate members occurs, the stiffness of ship plate markedly decreases, and thus buckling has a serious effect on the stiffness or strength of overall ship structure. Buckling is one of the most important design criteria when we scantle structure members. In the present study, a inplane rigidity of a compressed ship plate above buckling load is proposed. The proposed inplane rigidity is available in the elastic or elasto-Plastic ranges in order to can out a more efficient and reliable design.
An T.W.;Han K.J.;Han D.S.;Lee S.W.;Lee K.M.;Lee J.M.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.399-400
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2006
LMTT(Linear Motor based Transfer Technology) is a new type of transfer system used in the maritime container terminal fur the port automation, and largely consists of a controller, shuttle car, and rail. The shuttle car is divided into the frame part, the driving part, and wheels. In order to design this system, various researches on each part of it must be conducted. In this study, we dealt with the optimum design for the frame part of the shuttle car designed from previous studies on the strength of the frame with respect to the number of cross beams to minimize the weight of the shuttle car and to satisfy design criteria of cargo-handling systems in container terminal. For the optimization of the frame, thicknesses of each beam were adopted as design variables, the weight of the frame as objective function, and stress and deflection per unit length as constraint condition.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.12
no.2
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pp.107-112
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2009
The effective reinforcement methods of structure is required to improve the durability of existing structures. Recently, the continuous fiber sheets to the concrete structures are widely used in the earthquake-proof reinforcement method. This study examines suitability and effect to concrete structure of fiber by FEM analysis. The result of analysis is as follows; All specimens occurred bending tensile failure at the middle span. Ultimate strength of specimen in the RC and reinforced RC specimen were 53.9 kN, 56.3 kN respectively and it was some low by degree 0.89, 0.82 to compare with calculated result. The deflection of specimen at the middle span occurred in approximately 0.2 mm, and did linear behavior in load 20 kN by seat reinforcement. Stiffness did not decrease by occurrence in the finer crack and reinforcement beam's flexure stiffness was increased until reach in failure. To compare calculated value and analysis value, it almost equal behavior in the elastic reign and can confirm effectiveness of analysis. Crack was distributed uniformly by reinforcement of fiber seat at failure and it do not occurred stiffness decreases.
This paper firstly developed a new type of Double Skin Composite (DSC) beams using novel enhanced C-channels (ECs). The shear behaviour of novel ECs was firstly studied through two push-out tests. Eleven full-scale DSC beams with ECs (DSCB-ECs) were tested under four-point loading to study their ultimate strength behaviours, and the studied parameters were thickness of steel faceplate, spacing of ECs, shear span, and strength of concrete core. Test results showed that all the DSCB-ECs failed in flexure-governed mode, which confirmed the effective bonding of ECs. The working mechanisms of DSCB-ECs with different parameters were reported, analysed and discussed. The load-deflection (or strain) behaviour of DSCB-ECs were also detailed reported. The effects of studied parameters on ultimate strength behaviour of DSCB-ECs have been discussed and analysed. Including the experimental studies, this paper also developed theoretical models to predict the initial stiffness, elastic stiffness, cracking, yielding, and ultimate loads of DSCB-ECs. Validations of predictions against 11 test results proved the reasonable estimations of the developed theoretical models on those stiffness and strength indexes. Finally, conclusions were given based on these tests and analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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