Rezaiee-Pajand, M.;Ghalishooyan, M.;Salehi-Ahmadabad, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.6
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pp.879-914
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2013
In part I of the article, formulation and characteristics of the several well-known structural geometrical nonlinear solution techniques were studied. In the present paper, the efficiencies and capabilities of residual load minimization, normal plane, updated normal plane, cylindrical arc length, work control, residual displacement minimization, generalized displacement control and modified normal flow will be evaluated. To achieve this goal, a comprehensive comparison of these solution methods will be performed. Due to limit page of the article, only the findings of 17 numerical problems, including 2-D and 3-D trusses, 2-D and 3-D frames, and shells, will be presented. Performance of the solution strategies will be considered by doing more than 12500 nonlinear analyses, and conclusions will be drawn based on the outcomes. Most of the mentioned structures have complex nonlinear behavior, including load limit and snap-back points. In this investigation, criteria like number of diverged and complete analyses, the ability of passing load limit and snap-back points, the total number of steps and analysis iterations, the analysis running time and divergence points will be examined. Numerical properties of each problem, like, maximum allowed iteration, divergence tolerance, maximum and minimum size of the load factor, load increment changes and the target point will be selected in such a way that comparison result to be highly reliable. Following this, capabilities and deficiencies of each solution technique will be surveyed in comparison with the other ones, and superior solution schemes will be introduced.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.1
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pp.99-109
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2012
This study aimed to develop a Structural Health Monitoring System for steel beams in the manner of suggesting and verifying a theoretical formula for displacement estimation using strain gauges, and estimating the loading points and magnitude. According to the results of this study, it was found that when a load of 160kN (56% of the yield load) was applied, the error rate of the deflection obtained with a strain gauge at the point of maximum deflection compared to the deflection measured with a displacement meter was within 2%, and that the estimates of the magnitude and points of load application also showed the error rate of not more than 1%. This suggests that the displacement and load of steel beams can be measured with strain gauges and further, it will enable more cost-effective sensor designing without displacement meter or load cell. The Structural Health Monitoring System program implemented in Lab VIEW gave graded warnings whenever the measured data exceeds the specified range (strength limit state, serviceability limit state, yield strain), and both the serviceability limit state and strength limit state could be simultaneously monitored with strain gauge alone.
Developers of new finite elements or nonlinear solution techniques rely on discriminative benchmark tests drawn from the literature to assess the advantages and drawbacks of new formulations. Buckling benchmark tests provide a rigorous evaluation of finite elements applied to thin structures, and a complete and detailed set of reference results would therefore prove very useful in carrying out such evaluations. Results are usually presented in the form of load-deflection curves that developers must reconstruct by extracting the points, a procedure which is often tedious and inaccurate. Moreover the curves are usually given without accompanying information such as the calculation time or number of iterations it took for the model to converge, even though this type of data is equally important in practice. This paper presents ten different limit-point buckling benchmark tests, and provides for each one the reference load-deflection curve, all the points necessary to recreate the curve in tabulated form, analysis data such as calculation time, number of iterations and increments, and all of the inputs used to obtain these results.
Shallow fixed arches have a nonlinear primary equilibrium path with limit points and an unstable postbuckling equilibrium path, and they may also have bifurcation points at which equilibrium bifurcates from the nonlinear primary path to an unstable secondary equilibrium path. When a shallow fixed arch is subjected to a central step load, the load imparts kinetic energy to the arch and causes the arch to oscillate. When the load is sufficiently large, the oscillation of the arch may reach its unstable equilibrium path and the arch experiences an escaping-motion type of dynamic buckling. Nonlinear dynamic buckling of a two degree-of-freedom arch model is used to establish energy criteria for dynamic buckling of the conservative systems that have unstable primary and/or secondary equilibrium paths and then the energy criteria are applied to the dynamic buckling analysis of shallow fixed arches. The energy approach allows the dynamic buckling load to be determined without needing to solve the equations of motion.
This paper briefly describes the fundamental strategies--path-tracing, pin-pointing, and path-switching--in the computational elastic bifurcation theory of geometrically non-linear single-load-parameter conservative elastic spatial structures. The stability points in the non-linear elasticity may be classified into limit points and bifurcation points. For the limit points, the path tracing scheme that successively computes the regular equilibrium points on the equilibrium path, and the pinpointing scheme that precisely locates the singular equilibrium points were sufficient for the computational stability analysis. For the bifurcation points, however, a specific procedure for path-switching was also necessary to detect the branching paths to be traced in the post-buckling region. After the introduction, a general theory of elastic stability based on the energy concept was given. Then path tracing, an indirect method of detecting multiple bifurcation points, and path switching strategies were described. Next, some numerical examples of bifurcation analysis were carried out for a trussed stardome, and a pin-supported plane circular arch was described. Finally, concluding remarks were given.
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.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.1-10
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2013
Probabilistic nonlinear first ply failure loads of flat composite panels and nonlinear buckling loads of curved composite panels with cutouts are estimated to provide the more reliable main load carrying structure in the renewable energy industry and offshore structures. The response surface method approximates limit state surface to a second order polynomial form of random variables with the results of deterministic finite element analyses at given sampling design points. Furthermore, the iterative linear interpolation scheme is used to obtain a more accurate approximation of the limit state surface near the most probable failure point (MPFP). The advanced first order second moment method and the Monte Carlo method are performed on an approximated limit state surface to evaluate the probability of failure. Finally, the sensitivity of the reliability index with respect to transformed random variables is investigated to figure out the main random variables that have an effect on failures.
Self-centering wall (SCW) is a resilient and sustainable structural system which incorporates unbonded posttensioning (PT) tendons to provide self-centering (SC) capacity along with supplementary dissipators to dissipate seismic energy. Hysteretic energy dissipators are usually placed at two sides of SCWs to facilitate ease of postearthquake examination and convenient replacement. To achieve a good prediction for the skeleton curve of the wall, this paper firstly developed an analytical investigation on lateral load responses of self-centering walls with distributed vertical dampers (VD-SCWs) using the concept of elastic theory. A simplified method for the calculation of limit state points is developed and validated by experimental results and can be used in the design of the system. Based on the analytical results, parametric analysis is conducted to investigate the influence of damper and tendon parameters on the performance of VD-SCWs. The results show that the proposed approach has a better prediction accuracy with less computational effects than the Perez method. As compared with previous experimental results, the proposed method achieves up to 60.1% additional accuracy at the effective linear limit (DLL) of SCWs. The base shear at point DLL is increased by 62.5% when the damper force is increased from 0kN to 80kN. The wall stiffness after point ELL is reduced by 69.5% when the tendon stiffness is reduced by 75.0%. The roof deformation at point LLP is reduced by 74.1% when the initial tendon stress is increased from $0.45f_{pu}$ to $0.65f_{pu}$.
Kim, Sung-Hoon;Kim, Jin-Hee;Hwang, Do-Soon;Lee, Ju-Hun;Jin, Ik-Min
Aerospace Engineering and Technology
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v.1
no.2
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pp.75-82
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2002
This paper presents a summary of the input data, requirements and notch prediction analysis for sinusoidal excitation test of a satellite. In the notch prediction analysis, the loads at excitation points and internal loads at the important locations on satellite structure were obtained. After checking of limit loads and margin of safety for each location, the notched sinusoidal test inputs were generated using the results of the notch prediction analysis.
Probability based design(PBD) method is independent of construction materials and uses real material properties unlike allowable stress design(ASD) that depends on small clear specimen property, also give quantitative safety and endurance lifetime of a certain material. Moreover, almost advanced country accepted PBD method instead of ASD method. So it is urgent to convert the current ASD method into the PBD method. However, there are wholly lacking of domestic researches related to current issue, and to solve several points in ASD method and to take advantage of PBD method, the conversion from the ASD method into the PBD method is a worldwide trend. Other domestic construction codes, such as steel or concrete constructions, accept the PBD method as well. Accordingly, to introduce PBD method into wood structural design, general theory, and preliminary data and methods were reviewed. With keeping this in mind, some important contents were reviewed, sorted some points for wood structural design that have distinctions against the other construction materials. Furthermore, the history of PBD method, and statistical data and theories for the PBD method, and preliminary data of resistance and load that are two random variables for the PBD method, and finally the difference between limit state design(LSD) and load and resistance factor design(LRFD) that were two superpowers in the PBD method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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