Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.1
no.3
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pp.71-84
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1984
This paper examined strain distribution and radius of curvature of the bulge by finite element method and investigated limit polar thickness strain to predict the formability of sheet metal as we substituted effective strain and the radius of curvature obtained by FEM into instability condition equation successively. In experiment, the radius of curvature and limit polar thickness strainwere obtained by Moire method. Also, a concent- ric set of photogrid circles was used to measure the strain of arbitrary point and mild steel was used as material. This results obtained are as follows: 1) The radius of curvature obtained by FEM is in good agreement with the Moire experimental value. 2) The polar thickness strain is getting larger as the inside is approached from the edge. This means that fracture occurred near the ploe. 3) The circumferential strains agree closely with the meridian strains and the polar thickness strain is about twice the circumferential (or meridian) strain. This result agrees with the fact that anisotropy coefficient (R-value) obtained by tensile test is about one. 4) The theoretical results of limit polar thickness strain obtained by authors' method are better agreement with experimental results than other theoretical results. Therefore, we can better predict the formability of sheet metal with authors' method.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.1
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pp.87-96
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2013
This study investigated characteristics of buckling load and effective buckling length by member rigidity of dome-typed space frame which was sensitive to initial conditions. A critical point and a buckling load were computed by analyzing the eigenvalues and determinants of the tangential stiffness matrix. The hexagonal pyramid model and star dome were selected for the case study in order to examine the nodal buckling and member buckling in accordance with member rigidity. From the numerical results, an effective buckling length factor of adopted models was bigger than that of Euler buckling for the case of fixed boundary. These numerical models indicated that the influence of nodal buckling was greater than that of member buckling as member rigidity was higher. Besides, there was a tendency that the bifurcation appeared on the equilibrium path before limit point in the member buckling model.
The dynamic buckling mechanism of a single-degree-of-freedom dissipative/nondissipative gradient system is thoroughly studied, employing energy criteria. The model is chosen in such a manner, that its corresponding static response is associated with all types of distinct critical points. Under a suddenly applied load of infinite duration, it is found that dynamic buckling, occurring always through a saddle, leads to an escaped motion, which is finally attracted by remote stable equilibrium positions, belonging sometimes also to complementary paths. Moreover, although the existence of initial imperfection changes the static behaviour of the system from limit point instability to bifurcation, it is established that the proposed model is dynamically stable in the large, regardless of the values of all other parameters involved.
A close form solution of the maximum deflection for cracked columns with rectangular cross-sections was developed and thus the elastic buckling behavior and ultimate bearing capacity were studied analytically. First, taking into account the effect of the crack in the potential energy of elastic systems, a trigonometric series solution for the elastic deflection equation of an arbitrary crack position was derived by use of the Rayleigh-Ritz energy method and an analytical expression of the maximum deflection was obtained. By comparison with the rotational spring model (Okamura et al. 1969) and the equivalent stiffness method (Sinha et al. 2002), the advantages of the present solution are that there are few assumed conditions and the effect of axial compression on crack closure was considered. Second, based on the above solutions, the equilibrium paths of the elastic buckling were analytically described for cracked columns subjected to both axial and eccentric compressive load. Finally, as examples, the influence of crack depth, load eccentricity and column slenderness on the elastic buckling behavior was investigated in the case of a rectangular column with a single-edge crack. The relationship of the load capacity of the column with respect to crack depth and eccentricity or slenderness was also illustrated. The analytical and numerical results from the examples show that there are three kinds of collapse mechanisms for the various states of cracking, eccentricity and slenderness. These are the bifurcation for axial compression, the limit point instability for the condition of the deeper crack and lighter eccentricity and the fracture for higher eccentricity. As a result, the conception of critical transition eccentricity $(e/h)_c$, from limit-point buckling to fracture failure, was proposed and the critical values of $(e/h)_c$ were numerically determined for various eccentricities, crack depths and slenderness.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.2
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pp.140-145
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2018
This paper deals with the dynamical analysis of a two-point mooring vessel under surge excitations. The characteristics of nonlinear behaviors are investigated completely including bifurcation and limit cycle according to particular input parameter changes. The strong nonlinearity of the mooring system is mainly caused by linear and cubic terms of restoring force. The numerical simulation is performed based on the fourth order Runge-Kutta algorithm. The bifurcation diagram and several instability phenomena are observed clearly by varying amplitudes as well as frequencies of surge excitations. Stable periodic solutions, called the periodic windows, can be obtained in succession between chaotic clouds of dots in case of frequency ${\omega}=0.4rad/s$. In addition, the chaotic region is unexpectedly increased when external forcing amplitude exceeds 1.0 with the angular frequency of ${\omega}=0.7rad/s$. Compared to the cases for ${\omega}=0.4$, 0.7rad/s, the region of chaotic behavior becomes more fragile than in the case of ${\omega}=1.0rad/s$. Finally, various types of steady states including sub-harmonic motion, limit cycle, and symmetry breaking phenomenon are observed in the two-point mooring system at each parameter value.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney;Pamplona, Djenane
Structural Engineering and Mechanics
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v.24
no.6
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pp.709-725
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2006
In this paper the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight are studied. In order to study the post-buckling behavior of the bar, a geometrically exact formulation for the non-linear analysis of uni-directional structural elements is presented, considering arbitrary load distribution and boundary conditions. From this formulation one obtains a set of first-order coupled nonlinear equations which, together with the boundary conditions at the bar ends, form a two-point boundary value problem. This problem is solved by the simultaneous use of the Runge-Kutta integration scheme and the Newton-Raphson method. By virtue of a continuation algorithm, accurate solutions can be obtained for a variety of stability problems exhibiting either limit point or bifurcational-type buckling. Using this formulation, a detailed parametric analysis is conducted in order to study the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight, including the influence of boundary conditions on the stability and large deflection behavior of the bar. In order to evaluate the quality and accuracy of the results, an experimental analysis was conducted considering a clamped-free thin-walled metal bar. As this kind of structure presents a high index of slenderness, its answers could be affected by the introduction of conventional sensors. In this paper, an experimental methodology was developed, allowing the measurement of static or dynamic displacements without making contact with the structure, using digital image processing techniques. The proposed experimental procedure can be used to a wide class of problems involving large deflections and deformations. The experimental buckling and post-buckling behavior compared favorably with the theoretical and numerical results.
This study investigated the characteristics of bifurcation and the instability due to the initial imperfection of the space truss, which is sensitive to the initial conditions, and the calculated buckling load by the analysis of Eigen-values and the determinant of tangential stiffness. A two-free nodes model, a star dome, and a three-ring dome model were selected as case studies in order to examine the unstable phenomenon due to the sensitivity to Eigen mode, and the influence of the rise-span ratio and the load parameter on the buckling load were analyzed. The sensitivity to the imperfection of the two-free nodes model changed the critical path after reaching the limit point through the bifurcation mode, and the buckling load level was reduced by the increase in the amount of imperfection. The two sensitive buckling patterns for the model can be explained by investigating the displaced position of the free node, and the asymmetric Eigen mode was a major influence on the unstable behavior due to the initial imperfection. The sensitive mode was similar to the in-extensional mechanism basis of the simplified model. Since the rise-span ratio was higher, the effect of local buckling is more prominent than the global buckling in the star dome, and bifurcation on the equilibrium path occurring as the value of the load parameter was higher. Additionally, the buckling load levels of the star dome and the three-ring model were about 50-70% and 80-90% of the limit point, respectively.
Kang-ze, Yuan;Wan-kui, Ni;Xiang-fei, Lu;Hai-man, Wang
Geomechanics and Engineering
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v.31
no.5
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pp.519-527
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2022
Shear failure in soil is the primary cause of most geotechnical structure failures or instability. Soil water content is a significant factor affecting soil shear strength. In this study, the shear strength of samples with different water contents was tested. The shear strength, cohesion, and internal friction angle decreased with increasing water content. Based on the variation of cohesion and internal friction angle, the water content zone was divided into a high-water content zone and low-water content zone with a threshold water content of 15.05%. Cohesion and internal friction angle have a good linear relationship with water content in both zones. Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM) test presented that the aggregates size of the compacted loess gradually increases with increasing water content. Meanwhile, the clay in the compacted loess forms a matric that envelops around the surface of the aggregates and fills the inter-aggregates pores. A quantitative analysis of bound water and free water under different water contents using a nuclear magnetic resonance (NMR) test was carried out. The threshold water content between bound water and free water was slightly below the plastic limit, which is consistent with the results of shear strength parameters. Combined with the T2 distributions obtained by NMR, one can define a T2 relaxation time of 1.58 ms as the boundary point for bound water distribution without free water. Finally, the effects of bound water and free water on shear strength parameters were analyzed using linear regression analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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