The inverse problem about the theoretical analysis of a drill string bending in a channel of an inclined bore-hole with localized geometrical imperfections is studied. The system of ordinary differential equations is first derived based on the theory of curvilinear flexible elastic rods. One can then use these equations to investigate the quasi-static effects of the drill string bending that may occur in the process of raising, lowering and rotation of the string inside the bore-hole. The method for numerical solution of the constructed equations is described. With the proposed method, the phenomenon of the drill column movement, its contact interaction with the bore-hole surface, and the frictional seizure can be simulated for different combinations of velocities, directions of rotation and axial motion of the string. Geometrical imperfections in the shape of localized smoothed breaks of the bore-hole axis line are considered. Some numerical examples are presented to illustrate the applicability of the method proposed.
Kim, Jong-Min;HwangBo, Seok;Han, Sang-Eul;Kwun, Teak-Jin
한국공간정보시스템학회:학술대회논문집
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2004.05a
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pp.83-88
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2004
First author proposed a proportioning method for member sections of a single layer reticulated dome subjected to uniform and non-uniform load without any geometrical initial imperfection, and discussed the validity and effectiveness of the method which was based on linear buckling stress and a knock down factor. However, buckling of a single layer reticulated dome is strongly affected by initial imperfection. It is well known that geometrical initial imperfections reduce the nonlinear buckling capacity of a single layer raticulated dome. Thus, structural engineers may be recommended to reflect the effects of geometrical initial imperfections in proportioning member sections. In this paper, firstly, the presented proportioning method by first author is applied to dome without consideration of any imperfections and the thickness and diameter of each member are determined. Secondly, the load bearing capacities of the proportioned domes are checked with the imperfection, by the inelastic buckling analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.792-799
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2007
A newly developed cellular metal based on kagome lattice is an ideal candidate for multifunctional materials achieving various optimal properties. Intensive efforts have been devoted to develop efficient techniques for mass production due to its wide potential applications. Since a variety of imperfections would be inevitably included in the realistic fabrication processes, it is highly important to examine the correlation between the imperfections and material strengths. Previous performance tests were mostly done by numerical simulations such as finite element method (FEM), but only for perfect structures without any imperfection. In this paper, we developed an efficient numerical framework using nonlinear random network analysis (RNA) to verify how the statistical imperfections (geometrical and material property) contribute to the performance of general truss structures. The numerical results for kagome truss structures are compared with experimental measurements on 3-layerd WBK (wire-woven bulk kagome). The mechanical strength of the kagome structures is shown relatively stable with the Gaussian types of imperfections.
A newly developed cellular metal based on kagome lattice is an ideal candidate for multifunctional materials achieving various optimal properties. Intensive efforts have been devoted to develop efficient techniques for mass production due to its wide potential applications. Since a variety of imperfections would be inevitably included in the realistic fabrication processes, it is highly important to examine the correlation between the imperfections and material strengths. Previous performance tests were mostly done by numerical simulations such as finite element method (FEM), but only for perfect structures without any imperfection. In this paper, we developed an efficient numerical framework using nonlinear random network analysis (RNA) to verify how the statistical imperfections (geometrical and material property) contribute to the performance of general truss structures. The numerical results for kagome truss structures are compared with experimental measurements on 3-layerd WBK (wire-woven bulk kagome). The mechanical strength of the kagome structures is shown relatively stable with the Gaussian types of imperfections.
Buckling and post-buckling of cold-formed steel members are rather difficult to predict due to material and geometrical non-linearity. However, numerical techniques have reached a level of maturity such that many are now successfully undertaking ultimate strength analysis of cold-formed steel members. In numerical non-linear analysis, both geometrical and material imperfections, have to be estimated and properly used. They must be codified in terms of shape and magnitude. The presented paper represents a state-of-art report, including relevant results obtained by the authors and collected from literature, on that problem.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.464-469
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2019
Tapered roller bearings are used widely in vans, trucks, and trains because they can support the vehicle in a stable manner even under a heavy load. The cage of a tapered roller bearing maintains the gap between the rollers, which prevents friction wear and suppresses heating. If the cage is severely deformed due to resonance, the roller may not be able to roll smoothly and even leave the cage. Consequently, it is very important to analyze the dynamic characteristics of the cage for reliable performance of a bearing. The cage essentially has geometrical tolerance in the manufacturing process. In this paper, the effects of those geometrical imperfections on the dynamic characteristics of the cage were investigated. As a result, natural frequency separation occurred near the natural frequency of the ideal cage due to geometrical imperfections. In addition, the interval was proportional to the magnitude of the geometric error, and the interval increased with increasing mode number.
Modular steel scaffolds are commonly used as supporting scaffolds in building construction, and traditionally, the load carrying capacities of these scaffolds are obtained from limited full-scale tests with little rational design. Structural failure of these scaffolds occurs from time to time due to inadequate design, poor installation and over-loads on sites. In general, multi-storey modular steel scaffolds are very slender structures which exhibit significant non-linear behaviour. Hence, secondary moments due to both $P-{\delta}$ and $P-{\Delta}$ effects should be properly accounted for in the non-linear analyses. Moreover, while the structural behaviour of these scaffolds is known to be very sensitive to the types and the magnitudes of restraints provided from attached members and supports, yet it is always difficult to quantify these restraints in either test or practical conditions. The problem is further complicated due to the presence of initial geometrical imperfections in the scaffolds, including both member out-of-straightness and storey out-of-plumbness, and hence, initial geometrical imperfections should be carefully incorporated. This paper presents an extensive numerical study on three different approaches in analyzing and designing multi-storey modular steel scaffolds, namely, a) Eigenmode Imperfection Approach, b) Notional Load Approach, and c) Critical Load Approach. It should be noted that the three approaches adopt different ways to allow for the non-linear behaviour of the scaffolds in the presence of initial geometrical imperfections. Moreover, their suitability and accuracy in predicting the structural behaviour of modular steel scaffolds are discussed and compared thoroughly. The study aims to develop a simplified and yet reliable design approach for safe prediction on the load carrying capacities of multi-storey modular steel scaffolds, so that engineers can ensure safe and effective use of these scaffolds in building construction.
Cylindrical shell structures buckle at service loads which are much lower than their associated theoretical buckling loads. The main source of this discrepancy is the presence of various imperfections which are created on the cylinder body during different processes as manufacturing, handling, assembling and machining. Many cylindrical shell structures are still designed against buckling based on the experimental data introduced by NASA SP-8007 as conservative lower bound curves. This study employed the numerical based Linear Buckling mode shape Imperfection (LBMI) method and modified it using a stochastic method to assess the effect of geometrical imperfections in more details on the buckling of cylindrical shells with and without the cutout. The comparison of results with those obtained from the numerical Simcple Perturbation Load Imperfection (SPLI) method for cylinders with and without cutout revealed a good correlation. The effect of two parameters of size and number of cutouts on the buckling load was investigated using the linear buckling and Modified LBMI methods. Results confirmed that in cylinders with a small cutout inserting geometrical imperfection using either SPLI or modified LBMI methods significantly reduced the value of the predicted buckling load. However, in cylinders with larger cutouts, the effect of the cutout is dominant, thus considering geometrical imperfection had a minor effect on the buckling loads predicted by both SPLI and modified LBMI methods. Furthermore, the modified LBMI method was employed to evaluate the combination effect of cutout numbers and size on the buckling load. It is shown that in small cutouts, an increasing in the cutout size up to a certain value resulted in a remarkable reduction of the buckling load, and beyond that limit, the buckling loads were constant against D/R ratios. In addition, the cutout number shows a more significant effect on decreasing the buckling load at small D/R ratios than large D/R ratios.
The effect of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the thin-walled members subjected to the axial loads, obtained by the finite element stability analysis, are examined. As the initial imperfections, the bucking mode shapes of the members are adopted. The buckling mode shapes of the thin-walled members are obtained by the transfer matrix method. In the finite element stability analysis, isoparametric degenerated shell element is used, and the geometrical and material nonlinearity are considered based on the Green Lagrange strain definition and the Prandtl-Reuss stress-strain relation following the von Mises yield criterion. The U-, box- and I-section members subjected to the axial loads are adopted for numerical examples, and the effects of the initial imperfections on the nonlinear behaviors and ultimate strength of the members are examined.
Steel conical shells have long been used in various parts of different structures. Sensitivity to the initial geometrical imperfection has been one of the most significant issues on the stability of these structures, which has made them highly vulnerable to the buckling. Most attention has been devoted to structures under normal fabrication related imperfections. Notwithstanding, the challenges of large local imperfections - presented herein as dent-shaped imperfections - have not been a focus yet for these structures. This study aims to provide experimental data on the effect of such imperfections on the buckling capacity of these shells under axial compression. The results show changes in the buckling mode and the capacity for such damaged thin specimens as is outlined in this paper, with an average overall capacity reduction of 11%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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