The membrane of the LNG carriers consists of thin strips of INVAR(Fe-36%Ni) steel plates, and the junction between INVAR strips is fabricated by welding. Thousands of the raised edge joints, regularly spaced, are located around all the side of the tank corner near the transverse bulkhead, and TIG welding is manually made on the top of the raised edges. Since the thickness of all the laminated edge plies is extremely thin and the weld position is under a bad accessibility, highly skilled workers are required to perform welding relatively for a long welding time. An alternative scheme for the corner membrane fabrication is proposed in the study to improve the installation workability and thus productivity. The scheme replaces the welded edges with the preformed corrugation ones. A panel strip with regularly-spaced corrugations is installed at the corner instead of the individual flat strip of which edge is vertically raised to be welded with the adjacent strip. In the study, a series of the evaluation on the corrugated edge members was performed to assess the applicability to the real LNG carrier fabrication. Opening displacement at the raised edge was experimentally examined. Elastic stiffness regressed from the displacement was nearly same in both edge types. Edge displacement and local stresses were calculated under hydrostatic pressure and temperature change due to liquefied cargo. Fatigue test was performed on both corrugated and welded edge specimens consisting of two or five plies of invar strips. Fatigue strength of the corrugated specimens was not less than that of the welded specimens.
Laminated composite shells are commonly used in various engineering applications including aerospace and marine structures. In this paper, using semi-analytical finite strip method, the buckling behavior of laminated composite deep as well as thick shells of revolution under follower forces which remain normal to the shell is investigated. The stiffness caused by pressure is calculated for the follower forces subjected to external fibers in thick shells. The shell is divided into several closed strips with alignment of their nodal lines in the circumferential direction. The governing equations are derived based on first-order shear deformation theory which accounts for through thickness-shear flexibility. Displacements and rotations in the middle surface of shell are approximated by combining polynomial functions in the meridional direction as well as truncated Fourier series with an appropriate number of harmonic terms in the circumferential direction. The load stiffness matrix which accounts for variation of loads direction will be derived for each strip of the shell. Assembling of these matrices results in global load stiffness matrix which may be un-symmetric. Upon forming linear elastic stiffness matrix called constitutive stiffness matrix, geometric stiffness matrix and load stiffness matrix, the required elements for the second step analysis which is an eigenvalue problem are provided. In this study, different parameter effects are investigated including shell geometry, material properties, and different boundary conditions. Afterwards, the outcomes are compared with other researches. By considering the results of this article, it can be concluded that the deformation-dependent pressure assumption can entail to decrease the calculated buckling load in shells. This characteristic is studied for different examples.
A numerical method is presented in this paper, for buckling analysis of thin arbitrary stiffened composite cylindrical shells under axial compression. The stiffeners can be placed inside and outside of the shell. The shell and stiffeners are operated as discrete elements, and their interactions are taking place through the compatibility conditions along their intersecting lines. The governing equations of motion are obtained based on Koiter's theory and solved by utilizing the principle of the minimum potential energy. Then, the buckling load coefficient and the critical buckling load are computed by solving characteristic equations. In this formulation, the elastic and geometric stiffness matrices of a single curved strip of the shell and stiffeners can be located anywhere within the shell element and in any direction are provided. Moreover, five stiffened composite shell specimens are made and tested under axial compression loading. The reliability of the presented method is validated by comparing its numerical results with those of commercial software, experiments, and other published numerical results. In addition, by using the ANSYS code, a 3-D finite element model that takes the exact geometric arrangement and the properties of the stiffeners and the shell into consideration is built. Finally, the effects of Poisson's ratio, shell length-to-radius ratio, shell thickness, cross-sectional area, angle, eccentricity, torsional stiffness, numbers and geometric configuration of stiffeners on the buckling of stiffened composite shells with various end conditions are computed. The results gained can be used as a meaningful benchmark for researchers to validate their analytical and numerical methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.271-277
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2013
Skin pass rolling is a very important process for applying a certain elongation to a strip in the cold rolling and annealing processes, which play an important role in preventing the stretching of the yield point when the material is processed. The exact prediction of the rolling force is essential for obtaining a given elongation with the steel grade and strip size. Unlike hot rolling and cold rolling, skin pass rolling is used to apply an elongation of within 2% to the strip. Under a small reduction, it is difficult to predict the rolling force because the elastic deformation behavior of the rolls is complicated and a model for predicting the rolling force has not yet been established. Nevertheless, the exact prediction of the rolling force in skin pass rolling has gained increasing importance in recent times with the rapid development of high-strength steels for use in automobiles. In this study, the possibility of predicting the rolling force in skin pass rolling for producing various steel grades was examined using foil rolling theory, which is known to have similar elastic deformation behavior of rolls in the roll bite. It was found that a noncircular arc model is more accurate than a circular model in predicting the roll force of high-strength steel below TS 980 MPa in skin pass rolling.
This paper presents the results of an analytical investigation pertaining to the elastic local buckling behavior of asymmetric edge stiffened orthotropic open section structural member under uniform compression. The asymmetric edge stiffener is considered as a beam element neglecting its torsional rigidity. We suggested the analytical model of asymmetric edge stiffeners which is composed of a strip of flange plate, equal width of edge stiffener, and a plate attached at the flange end, and computed the moment of inertia of the stiffener about an axis through the centroid of the ensuing cross-section. Using the derived equation, the local buckling coefficients of asymmetrically edge stiffened orhtotropic I-section columns are predicted and the results are presented in a graphical form.
The buckling behavior of the web of steel girders are largely dependent on the size and the location of stiffeners and the restraining effect of top and bottom flanges. Elastic and inelastic buckling analyses based or the Spline Finite Strip Method were executed to study the stiffening effect of the longitudinal stiffener on the web of box girders and to find how the top and bottom flanges had effects on the web, where geometric boundary conditions were limited by both hinged, both fixed and the flange sections. The basic assumption for the longitudinal end boundary conditions was that the vertical stiffeners had the rigidity enough to force nil deflection line on the web panel so that the junction line between web and vertical stiffener was assumed to be hinged boundary conditions. The provisions on the longitudinal stiffener of the plate and box girders of the Korean Standard Highway Bridge Specifications(1995) and AASHTO Specifications(1994 LRFD) were compared with the results obtained numerically for the various longitudinal stiffener size of box girders. Simple equations and design curves for the longitudinal stiffener of the web were proposed for the practical use.
The flap-lag-torsion coupled aeroelastic behavior of a hingeless rotor blade with composite flexures in hovering flight has been investigated by using the finite element method. The quasisteady strip theory with dynamic inflow effects is used to obtain the aerodynamic loads acting on the blade. The governing differential equations of motion undergoing moderately large displacements and rotations are derived using the Hamilton's principle. The flexures used in the present model are composed of two composite plates which are rigidly attached together. The lead-lag flexure is located inboard of the flap flexure. A mixed warping model that combines the St. Versant torsion and the Vlasov torsion is developed to describe the twist behavior of the composite flexure. Numerical simulations are carried out to correlate the present results with experimental test data and also to identify the effects of structural couplings of the composite flexures on the aeroelastic stability of the blade. The prediction results agree well with other experimental data. The effects of elastic couplings such as pitch-flap, pitch-lag, and flap-lag couplings on the stability behavior of the composite blades are also investigated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.9
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pp.52-57
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2010
The analysis of a crack in a bone-like material is performed numerically. The bone-like material is hierarchically structured and each hierarchy is structured by mineral platelets and protein matrix through staggered arrangement. Mechanical behavior of the composite can be analyzed using tension shear chain model. The Dugdale model is adopted to evaluate the fracture energy of Bone-like material. The fracture energy dissipation is assumed to concentrate within a strip near the crack tip along the prospective crack path. Fracture criterion of the bone-like material is estimated by using J integral. Effects of hierarchical level, ratio of elastic modulus of mineral to protein, aspect ratio of mineral platelet and volume fraction on J integral are investigated. It is found that the J integral decreases as elastic modulus ratio and hierarchy level increase. It is also shown that the J integral increases as the volume fraction and aspect ratio decrease.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.3
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pp.22-34
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1996
Regarding the plate bending process by line heating method, in this study a simplified numerical analysis is performed for a beam model to predict its residual deformation and stress distribution. Using the modified strip theory and beam finite element method, a PC-based simulation program is developed for a thermo-elastic-plastic beam. The plate bending problem can be approximately replaced by a beam model using distributed springs to account for the effect of adjacent strips. The spring constants are chosen as the best fit with experiments. In this paper, it is assumed that the temperature distribution is already given and the temperature-dependent material properties are considered. To verify the simulation program, the results using present numerical algorithm are compared with other published experimental results and similar numerical studies. The comparison shows good agreement. The present PC-based computer program also shows good efficiency in computing time.
The present study is focused on the behavior and design of perforated steel storage rack columns under axial compression. These columns may exhibit different types of behavior and levels of strength owing to their peculiar features including their complex cross-section forms and perforations along the member. In the present codes of practice, the design of these columns is carried out using analytical formulas which are supported by experimental tests described in the relevant code document. Recently proposed analytical approaches are used to estimate the load carrying capacity of axially compressed steel storage rack columns. Experimental and numerical studies were carried out to verify the proposed approaches. The experimental study includes compression tests done on members of different lengths, but of the same cross-section. A comparison between the analytical and the experimental results is presented to identify the accuracy of the recently proposed analytical approaches. The proposed approach includes modifications in the Direct Strength Method to include the effects of perforations (the so-called reduced thickness approach). CUFSM and CUTWP software programs are used to calculate the elastic buckling parameters of the studied members. Results from experimental and analytical studies compared very well. This indicates the validity of the recently proposed approaches for predicting the ultimate strength of steel storage rack columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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