Tubular construction is widely used in a range of civil and structural engineering applications. To date, the principal product range has comprised square, rectangular and circular hollow sections. However, hot-rolled structural steel elliptical hollow sections have been recently introduced and offer further choice to engineers and architects. Currently though, a lack of fundamental structural performance data and verified structural design guidance is inhibiting uptake. Of fundamental importance to structural metallic design is the concept of cross-section classification. This paper proposes slenderness parameters and a system of cross-section classification limits for elliptical hollow sections, developed on the basis of laboratory tests and numerical simulations. Four classes of cross-sections, namely Class 1 to 4 have been defined with limiting slenderness values. For the special case of elliptical hollow sections with an aspect ratio of unity, consistency with the slenderness limits for circular hollow sections in Eurocode 3 has been achieved. The proposed system of cross-section classification underpins the development of further design guidance for elliptical hollow sections.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.10
s.115
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pp.1024-1035
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2006
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of thick, complete (circumferentially closed), circular rings with an elliptical or circular cross-section. Displacement components $u_r,\;u_\theta\;and\;u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be periodic in ${\theta}$ and in time, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the circular rings are formulated, and upper bound values of the frequencies are obtained by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the rings. Novel numerical results are presented for the circular rings having an elliptical cross-section based upon 3-D theory. Comparisons are also made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and ones obtained from thin and thick ring theories, experiments, and another 3-D method.
As the height and flexibility of high-rise buildings increase, the wind loads become more dominant and the combination coefficient of Equivalent Static Wind Loads (ESWLs) should be considered when they are used in the structural design. In the first phase of the study, a brief introduction to the theory on the combination coefficient for high-rise buildings was given and then the time history of wind-induced responses of a 208-meter high-rise building with an elliptical cross-section was presented based on the wind tunnel test results for pressure measurement. The correlation between wind-induced responses was analyzed and the combination coefficients of ESWLs of the high-rise buildings using Turkstra's rule, and Asami's method, were calculated and compared with related design codes, e.g., AIJ-RLB, ASCE 7-10, and China Load Code for structural design. The results of the study showed that the combination coefficients from Asami's method are conservative compared with the other three methods. The results of this paper would be helpful to the wind-resistant design of high-rise buildings with elliptical cross-section.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.457-464
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2006
Fiber-reinforced composite materials due to their high specific strength, high stiffness and light weight are becoming increasingly used in many engineering industry, especially in the aerospace, marin and civil, etc. In this paper, the buckling load and mode shapes of composite laminates with elliptical cross-section including transverse shear deformations are analyzed. For solving this problems, a versatile flat shell element has been developed by combining a membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. Also, an improved shell element has been established by the combined use of the addition of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. The combined influence of shell geometry and elliptical cross-sectional parameter, fiber angle, and lay-up on the buckling loads of elliptical cylinder is examined. The critical buckling loads and mode shapes analyzed here may serve as a benchmark for future investigations.
In this work, thermo-elastic stability behavior of laminated cross-ply elliptical cylindrical shells subjected to uniform temperature rise is studied employing the finite element approach based on higher-order theory that accounts for the transverse shear and transverse normal deformations, and nonlinear in-plane displacement approximations through the thickness with slope discontinuity at the layer interfaces. The combined influence of higher-order shear deformation, shell geometry and non-circularity on the prebuckling thermal stress distribution and critical temperature parameter of laminated elliptical cylindrical shells is examined.
Elliptical tubes may buckle in an elastic local buckling failure mode under uniform compression. Previous analyses of the local buckling of these members have assumed that the cross-section is hollow, but it is well-known that the local buckling capacity of thin-walled closed sections may be increased by filling them with a rigid medium such as concrete. In many applications, the medium many not necessarily be rigid, and the infill can be considered to be an elastic material which interacts with the buckling of the elliptical tube that surrounds it. This paper uses an energy-based technique to model the buckling of a thin-walled elliptical tube containing an elastic infill, which elucidates the physics of the buckling phenomenon from an engineering mechanics basis, in deference to a less generic finite element approach to the buckling problem. It makes use of the observation that the local buckling in an elliptical tube is localised with respect to the contour of the ellipse in its cross-section, with the localisation being at the region of lowest curvature. The formulation in the paper is algebraic and it leads to solutions that can be determined by implementing simple numerical solution techniques. A further extension of this formulation to a stiffness approach with multiple degrees of buckling freedom is described, and it is shown that using the simple one degree of freedom representation is sufficiently accurate for determining the elastic local buckling coefficient.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.4
no.4
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pp.901-905
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2000
An elliptical ogive head for a generic missile is proposed to reduce its detectable probability from aground defense radar. Numerical RCS results of a generic missile with an elliptical ogive head are evaluated using the GTD/UTD (Geometrical Theory of Diffraction/uniform GTD). The results are compared with those of a cylindrical ogive head. In the sense of aerodynamics, the performance evaluation of an elliptical ogive head for a generic missile should be followed.
Concrete-filled double skinned steel tubular (CFDST) columns have been used to construct modern structures such as tall buildings and bridges as well as infrastructures as they provide better, lesser weight, and greater stiffness in structural performance than conventional reinforced concrete or steel members. Different shapes of CFDST columns may be needed to satisfy the architectural and aesthetic criteria. In the study, three-dimensional FE simulations of circular and elliptical CFDST columns under axial compression were developed and verified through the experimental test data from the perspectives of full load-displacement histories, ultimate axial strengths, and failure modes. The verified FE models were used to investigate and compare the structural performance of CFDST columns with circular and elliptical cross-section shapes by evaluating the overall load-deformation curves, interaction stress-deformation responses, and composite actions of the column. At last, the accuracy of available design models in predicting the ultimate axial strengths of CFST columns were investigated. Research results showed that circular and elliptical CFDST column behaviors were generally similar. The overall structural performance of circular CFDST columns was relatively improved compared to the elliptical CFDST column.
This study derives the expressions of vector gravity and gravity gradient tensor due to an elliptical cylinder. The vector gravity for an arbitrary three-dimensional (3D) body is obtained by differentiating the gravitational potential, including the triple integral, according to the shape of the body in each axis direction. The vector gravity of the 3D body with axial symmetry is integrated along the axial direction and reduced to a double integral. The complex Green's theorem using complex conjugates subsequently converts the double integral into a one-dimensional (1D) closed-line integral. Finally, the vector gravity due to the elliptical cylinder is derived using 1D numerical integration by parameterizing a boundary of the elliptical cross-section as a closed line. Similarly, the gravity gradient tensor due to the elliptical cylinder is second-order differentiated from the gravitational potential, including the triple integral, and integrated along the vertical axis direction reducing it to a double integral. Consequently, all the components of the gravity gradient tensor due to an elliptical cylinder are derived using complex Green's theorem as used in the case of vector gravity.
This work numerically investigates the effects of Reynolds number ReD (= 100 - 150), cross-sectional aspect ratio AR = ( 0.25 -1.0), and attack angle α (= 0° - 90°) on the forces, Strouhal number, and wake of an elliptical cylinder, where ReD is based on the freestream velocity and cylinder cross-section height normal to the freestream flow, AR is the ratio of the minor axis to the major axis of the elliptical cylinder, and α is the angle between the cylinder major axis and the incoming flow. At ReD = 100, two distinct wake structures are identified, namely 'Steady wake' (pattern I) and 'Karman wake followed by a steady wake (pattern II)' when AR and α are varied in the ranges specified. When ReD is increased to 150, an additional wake pattern, 'Karman wake followed by secondary wake (pattern III)' materializes. Pattern I is characterized by two steady bubbles forming behind the cylinder. Pattern II features Karman vortex street immediately behind the cylinder, with the vortex street transmuting to two steady shear layers downstream. Inflection angle αi = 32°, 37.5° and 45° are identified for AR = 0.25, 0.5 and 0.75, respectively, where the wake asymmetry is the greatest. The αi effectively distinguishes the dependence on α and AR of force and vortex shedding frequency at either ReD. In Pattern III, the Karman street forming behind the cylinder is modified to a secondary vortex street. At a given AR and α, ReD = 150 renders higher fluctuating lift and Strouhal number than ReD = 100.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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