Thirumalaiselvi, A.;Anandavalli, N.;Rajasankar, J.;Iyer, Nagesh R.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.1
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pp.167-184
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2016
This paper presents the details of Finite Element (FE) analysis carried out to determine the limiting deformation capacity and failure mode of Laced Steel-Concrete Composite (LSCC) beam, which was proposed and experimentally studied by the authors earlier (Anandavalli et al. 2012). The present study attains significance due to the fact that LSCC beam is found to possess very high deformation capacity at which range, the conventional laboratory experiments are not capable to perform. FE model combining solid, shell and link elements is adopted for modeling the beam geometry and compatible nonlinear material models are employed in the analysis. Besides these, an interface model is also included to appropriately account for the interaction between concrete and steel elements. As the study aims to quantify the limiting deformation capacity and failure mode of the beam, a suitable damage model is made use of in the analysis. The FE model and results of nonlinear static analysis are validated by comparing with the load-deformation response available from experiment. After validation, the analysis is continued to establish the limiting deformation capacity of the beam, which is assumed to synchronise with tensile strain in bottom cover plate reaching the corresponding ultimate value. The results so found indicate about $20^{\circ}$ support rotation for LSCC beam with $45^{\circ}$ lacing. Results of parametric study indicate that the limiting capacity of the LSCC beam is more influenced by the lacing angle and thickness of the cover plate.
Zhu, Li;Wang, Jia J.;Zhao, Guan Y.;Huo, Xue J.;Li, Xuan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.117-136
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2020
Curved steel-concrete composite box girder has been widely adopted in urban overpasses and ramp bridges. In order to investigate its mechanical behavior under complicated and combined bending, shear and torsion load, two large-curvature composite box girders with interior angles of 25° and 45° were tested under static hogging moment. Based on the strain and deflection measurement on critical cross-sections during the static loading test, the failure mode, cracking behavior, load-displacement relationship, and strain distribution in the steel plate and rebar were investigated in detail. The test result showed the large-curvature composite box girders exhibited notable shear lag in the concrete slab and steel girder. Also, the constraint torsion and distortion effect caused the stress measured at the inner side of the composite beam to be notably higher than that of the outer side. The strain distribution in the steel web was approximately linear; therefore, the assumption that the plane section remains plane was approximately validated based on strain measurement at steel web. Furthermore, the full-process non-linear elaborate finite element (FE) models of the two specimens were developed based on commercial FE software MSC.MARC. The modeling scheme and constitutive model were illustrated in detail. Based on the comparison between the FE model and test results, the FE model effectively simulated the failure mode, the load-displacement curve, and the strain development of longitudinal rebar and steel girder with sufficient accuracy. The comparison between the FE model and the test result validated the accuracy of the developed FE model.
G, Beulah Gnana Ananthi;Roy, Krishanu;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.513-538
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2022
This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.
In case of the design method, which is used in the inside and outside of the country, on corrugated multi plate structures, section modulus would be determined by assuming 2-dementioanl equivalent section of those structures. However, it is impossible to consider 3-dimentional effects when 2-dimentional design method is applied since structures are reinforced with a pattern of the 1200, 1600 mm reinforcements except the 800 mm reinforcement. Thus, in this study, technical specification standard is analyzed for the existing corrugated multi plate design methods, and section strengths, moments, and so on of equivalent and practical sections are compared and estimated using 3-dimentional FEM (finite element method) for semicircles and architectural features widely used. Based on the results of that analysis, analytical basis for 3-dimentional design of the CBS-RIB is suggested.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.367-373
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2008
In the design of horizontally curved plate girder web panels, it is required to evaluate accurately the elastic buckling strength under pure shear. Currently, elastic shear buckling coefficients of curved web panels stiffened by transverse intermediate stiffeners are determined by assuming conservatively that straight web panels without curvature are simply supported at the juncture between the flange and web. However, depending upon the geometry and the properties of the curved plate girder, the elastically restrained support may behave rather closer to a fixed support. The buckling strength of curved girder web is much greater (maximum 38%) than that of a straight girder calculated under the assumption that all four edges are simply supported in Lee and Yoo (1999). In the present study, a series of numerical analyses based on a 3D finite element modeling is carried out to investigate the effects of geometric parameters on both the boundary condition at the juncture and the horizontal curvature of web panel, and the resulting data are quantified in a simple design equation.
Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir;Yilmaz Guvercin;Sevval Ozturk;Murat Yaylaci
Advances in nano research
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v.15
no.6
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pp.567-577
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2023
The killing of bacteria by mechanical forces on nanopatterned surfaces has been defined as a mechano-bactericidal effect. Inspired by nature, this method is a new-generation technology that does not cause toxic effects and antibiotic resistance. This study aimed to simulate the mechano-bactericidal effect of nanopatterned surfaces' geometric parameters and material properties against three implant-derived bacterial species. Here, in silico models were developed to explain the interactions between the bacterial cell and the nanopatterned surface. Numerical solutions were performed based on the finite element method. Elastic and creep deformation models of bacterial cells were created. Maximum deformation, maximum stress, maximum strain, as well as mortality of the cells were calculated. The results showed that increasing the peak sharpness and decreasing the width of the nanopatterns increased the maximum deformation, stress, and strain in the walls of the three bacterial cells. The increase in spacing between nanopatterns increased the maximum deformation, stress, and strain in E. coli and P. aeruginosa cell walls it decreased in S. aureus. The decrease in width with the increase in sharpness and spacing increased the mortality of E. coli and P. aeruginosa cells, the same values did not cause mortality in S. aureus cells. In addition, it was determined that using different materials for nanopatterns did not cause a significant change in stress, strain, and deformation. This study will accelerate and promote the production of more efficient mechano-bactericidal implant surfaces by modeling the geometric structures and material properties of nanopatterned surfaces together.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.2
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pp.77-86
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2024
In this study, authors attempted to determine the bond behavior characteristics to utilize Grid typed CFRP reinforcement as an alternative to steel rebar used as concrete reinforcement. Since it is difficult to understand the influence of the transverse grid length of the Grid typed CFRP reinforcement in the existing numerical analysis proposal for bond behavior, a nonlinear 3D model was created and finite element analysis was performed. To perform the analysis, the analysis was conducted by inputting a nonlinear material model and modeling the bond interface characteristics between the Grid typed CFRP reinforcement and concrete and comparing them with the actual direct pull-out test results. The bond behavior characteristics of the Grid typed CFRP reinforcement were found to be very dominated by the factors of the transverse grid, and showed a tendency to continuously increase load.
This study conducts numerical modeling and eigen-analysis of a rod-fastened rotor, which is mainly used in aircraft gas turbine engines in which multiple disks are in contact through curvic coupling. Nayak's theory is adopted to calculate surface parameters measured from the tooth profile of the curvic coupling gear. Surface parameters are important design parameters for predicting the stiffness between contact surfaces. Based on the calculated surface parameters, elastoplastic contact analysis is performed according to the interference between two surfaces based on the Greenwood-Williamson model. The equivalent bending stiffness is predicted based on the shape and elastoplastic contact stiffness of the curvic coupling. An equation of motion of the rod-fastened rotor, including the bending stiffness of the curvic coupling, is developed. Methods for applying the bending stiffness of a curvic coupling to the equation of motion and for modeling the equation of motion of a rotor that includes both inner and outer rotors are introduced. Rotordynamic analysis is performed through one-dimensional finite element analysis, and each element is modeled based on Timoshenko beam theory. Changes in bending stiffness and the resultant critical speed change in accordance with the rod fastening force are predicted, and the corresponding mode shapes are analyzed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.1A
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pp.49-53
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2012
Coastal structures, constructed for preventing coastal slope erosion, often causes the scour on the boundary between the coastal structure and the sea-bed, which might lead to collapse of coastal structures. To prevent the collapse, the usual upright block type coastal structures can be modified to other forms or systems of coastal structures. To validate the performance of the proposed systems, it is necessary to conduct high cost hydraulic experiments. If numerical modeling can be performed prior to the hydraulic experiments and the performance of the proposed systems is analyzed numerically in advance, the expenses can be reduced significantly by optimizing the number of cases for conducting the experiments. In this study, a fluid-structure interaction analysis procedure is proposed for modeling the hydraulic experiments of costal structures using the finite element package, LS-DYNA. As can be found in the usual hydraulic experiments, fluid velocities of potential scour locations are monitored and analyzed in detail for four types of coastal structures, block, step, trapezoid and rubble mound.
This paper proposes a simple numerical model for use in a finite analysis (FEA) of scaffold-shoring systems. The structural model consists of a single set of multiple-story scaffolds with constraints in the out-of-plane direction at every connection joint between stories. Although this model has only two dimensions (termed the 2-D model), it is derived from the analysis of a complete scaffold-shoring system and represents the structural behavior of a complete three-dimensional system. Experimental testing of scaffolds up to three stories in height conducted in the laboratory, along with an outdoor test of a five-story scaffold system, were used to validate the 2-D model. Both failure modes and critical loads were compared. In the comparison of failure modes, the computational results agree very well with the test results. However, in the comparison of critical loads, computational results were consistently somewhat greater than test results. The decreasing trends of critical loads with number of stories in both the test and simulation results were similar. After investigations to explain the differences between the computationally and experimentally determined critical loads, it was recommended that the 2-D model be used as the numerical model in subsequent analysis. In addition, the computational critical loads were calibrated and revised in accordance with the experimental critical loads, and the revised critical loads were then used as load-carrying capacities for scaffold-shoring systems for any number of stories. Finally, a simple procedure is suggested for determining load-carrying capacities of scaffold-shoring systems of heights other than those considered in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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