This paper deals with critical thermal buckling load optimization of symmetrically laminated four layered angle-ply plates with one or two different intermediate line supports. The design objective is the maximization of the critical thermal buckling load and a design variable is the fibre orientation in the layers. The first order shear deformation theory and nine-node isoparametric finite element model are used for the finite element solution of the laminates. The modified feasible direction (MFD) method is used for the optimization routine. For this purpose, a program based on FORTRAN is used. Finally, the numerical analysis is carried out to investigate the effects of location of the internal line supports, plate aspect ratios and boundary conditions on the optimal designs and the results are compared.
The numerical study focuses on the analysis of the structural behavior of concrete beams containing outdated concrete and offers an innovative method of strengthening them using carbon-fiber-reinforced polymer sheets (CFRP). The focus is on modeling and analyzing the performance of aged concrete beams strengthened by CFRP in the flexural direction. This study presents an ultimate load model for CFRP-strengthened RC beams featuring outdated concrete layers. Validation through four-point bending tests and finite element modeling demonstrated the efficacy of the model. Findings indicate that CFRP sheets significantly enhance beam strength, particularly in structures with outdated concrete layers, resulting in increased ultimate load capacity. Moreover, an inverse relationship between ultimate load and concrete layer height was observed, with the CFS-21-15-30 sample exhibiting the most substantial reduction. Validation of the model was achieved using finite element analysis con-ducted in Abaqus software.
The dynamic instability characteristics of laminated composite stiffened shell panels subjected to in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented to demonstrate the effects of various parameters like shell geometry, lamination scheme, stiffening scheme, static and dynamic load factors and boundary conditions, on the dynamic instability behaviour of laminated composite stiffened panels subjected to in-plane harmonic loads along the boundaries. The results of free vibration and buckling of the laminated composite stiffened curved panels are also presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1209-1216
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2005
Three methods for design sensitivity such as numerical differentiation, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis is exact, it is hard to implement for practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable for most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included especially in nonlinear design sensitivity analysis. Thus semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure for the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and computational technique is proposed, which evaluates the pseudo-load for design sensitivity analysis easily by using the design variation of corresponding internal nodal forces. Errors in semi-analytical design sensitivity analysis are examined and numerical examples are illustrated to confirm the reduction of numerical error considerably.
Special-shape arch bridge for self-balance (SBSSAB) in Zhongshan City is a kind of new fashioned spatial combined arch bridge composed of inclined steel arch ribs, curved steel box girder and inclined suspenders, and the mechanical behavior of the SBSSAB is particularly complicated. The SBSSAB is aesthetic in appearance, and design of the SBSSAB is artful and particular. In order to roundly investigate the mechanical behavior of the SBSSAB, 3-D finite element models for spatial member and shell were established to analyze the mechanical properties of the SBSSAB using ANSYS. Finite element analyses were conducted under several main loading cases, moreover deformation and strain values for control section of the SBSSAB under several main loading cases were proposed. To ensure the safety and rationality for optimal design of the SBSSAB and also to verify the reliability of its design and calculation theories, the 1/10 scale model tests were carried out. The measured results include the load checking calculation, lane loading and crowd load, and dead load. A good agreement is achieved between the experimental and analytical results. Both experimental and analytical results have shown that the SBSSAB is in the elastic state under the planned test loads, which indicates that the SBSSAB has an adequate load-capacity. The calibrated finite-element model that reflects the as-built conditions can be used as a baseline for health monitoring and future maintenance of the SBSSAB.
In structural engineering, the material properties of the structures such as elastic modulus, shear modulus, density, and size may not be deterministic and may vary at different locations. The dynamic response analysis of such structures may need to consider these properties as stochastic. This paper introduces a stochastic finite element method (SFEM) approach to analyze moving loads problems. Firstly, Karhunen-Loéve expansion (KLE) is applied for expressing the stochastic field of material properties. Then the mathematical expression of the random field is substituted into the finite element model to formulate the corresponding random matrix. Finally, the statistical moment of the dynamic response is calculated by the point estimation method (PEM). The accuracy and efficiency of the dynamic response obtained from the KLE-PEM are demonstrated by the example of a moving load passing through a simply supported Euler-Bernoulli beam, in which the material properties (including elastic modulus and density) are considered as random fields. The results from the KLE-PEM are compared with those from the Monte Carlo simulation. The results demonstrate that the proposed method of KLE-PEM has high accuracy and efficiency. By using the proposed SFEM, the random vertical deflection of a high-speed railway (HSR) bridge is analyzed by considering the random fields of material properties under the moving load of a train.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.217-222
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2000
An iterative numerical computational algorithm is presented to design a plate or shell element subjected to membrance and flexural forces. Based on equilibrium consideration, equation for capacity of top and bottom reinforcements in two orthogonal directions have been derived. The amount of reinforcement is determined locally, I. e., for each integration point, from the equilibrium between applied and internal forces. Three cases of design are performed for slab element (used by Marti(1987)) and shell element (used by Kirscher and Collins(1986), by Polak and Vecchio(1993)) to verify the adequacy of the present design method for reinforced concrete shells. Based on nonlinear analyses performed, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load. This shows the adequacy of the design method present in this study at least for slab and shell element case studied. To generalize the conclusion more design-analyses should be performed with different shell configurations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1008-1016
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2007
The purpose of this paper is to investigate the Natural Frequency behavior characteristic of Wind Turbine Tower model, and calculated the stress values of thrust load, wave load, wind load, current load, and gravity load. The offshore Jacket Type Tower which was installed in Vitenam South China Sea is used for the study. Natural frequency and mode shape are calculated with commercial program using the measured vibration. The finite element analysis is performed with commercial F.E.M program(ANSYS) on the basis of the natural frequency and mode shape.
This paper presents a numerical study on the flat plates in deep basements, subjected to floor load and in-plane compressive load due to soil and hydraulic lateral pressure. For nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. The validity of the numerical model is established by comparison with existing experiments performed on plates simply supported on four edges. The flat plates to be studied are designed according to the Direct Design Method in ACI 318-95. Through numerical study on the effects of different load combinations and loading sequence, the load condition that governs the strength of the flat plates is determined. For plates under the governing load condition, parametric studies are performed to investigate the strength variations with reinforcement ratio, aspect ratio, concrete strength, and slenderness ratio. Based on the numerical results, the floor load magnification factor is proposed.
Elastic buckling load of perforated steel plates is typically predicted using the finite element or conjugate load/displacement methods. In this paper an artificial neural network (ANN)-based formula is presented for the prediction of the elastic buckling load of rectangular plates having a circular cutout. By using this formula, the elastic buckling load of perforated plates can be calculated easily without setting up an ANN platform. In this study, the center of a circular cutout was chosen at different locations along the longitudinal x-axis of plates subjected to linearly varying loading. The results of the finite element method (FEM) produced by the commercial software package ANSYS are used to train and test the network. The accuracy of the proposed formula based on the trained ANN model is evaluated by comparing with the results of different researchers. The results show that the presented ANN-based formula is practical in predicting the elastic buckling load of perforated plates without the need of an ANN platform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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