The effective buckling length factor is an important parameter in the elastic buckling analysis of steel structures. The present article aims at developing a new method that allows the determination of the buckling factor values for frames. The novelty of the method is that it considers the interaction between the bracing and the elastic supports for asymmetrical frames in particular. The approach consists in isolating a critical column within the frame and evaluating the rotational and translational stiffness of its restraints to obtain the critical buckling load. This can be achieved by introducing, through a dimensionless parameter 𝜙i, the effects of coupling between the axial loading and bending stiffness of the columns, on the classical stability functions. Subsequently, comparative, and parametric studies conducted on several frames are presented for assessing the influence of geometry, loading, bracing, and support conditions of the frame columns on the value of the effective buckling length factor K. The results show that the formulas recommended by different approaches can give rather inaccurate values of K, especially in the case of asymmetric frames. The expressions used refer solely to local stiffness distributions, and not to the overall behavior of the structure.
To increase the stiffness and strength of a reinforced concrete shear wall, steel plates are bolted to the sides of the wall. The general behavior of a composite concrete-steel shear wall is dependent on the buckling of the steel plates that should be prevented. In this paper, the unilateral buckling of steel plates of a composite shear wall is studied using the Rayleigh-Ritz method. To model the unilateral buckling of steel plate, the restraining concrete wall is described as an elastic foundation with high stiffness in compression and zero stiffness in tension. To consider the effect of bolt connections on the plate's buckling, a constrained optimization problem is solved by using Lagrange multipliers method. This process is used to obtain the critical elastic local buckling coefficients of unilaterally-restrained steel plates with various numbers of bolts, subjected to pure compression, bending and shear loading, and the interaction between them. Using these results, the spacing between shear bolts in composite steel plate shear walls is estimated and compared with the results of the AISC seismic provisions (2016). The results show that the AISC seismic provisions(2016) are overly conservative in obtaining the spacing between shear bolts.
Long-gauge carbon fiber line (CFL) sensors have received considerable attention in the past decade. However, there is still a need for an in-depth investigation of their measuring accuracy. This study investigates the accuracy of carbon fiber line sensors to monitor and differentiate the flexural behavior of two beams, one reinforced with steel bars alone and the other reinforced with steel and basalt fiber-reinforced polymer bars. A distributed set of long-gauge carbon fiber line, Fiber Bragg Grating (FBG), and traditional strain gauge sensors was mounted on the tensile concrete surface of the studied beams to compare the results and assess the accuracies of the proposed sensors. The test beams were loaded monotonically under four-point bending loading until failure. Results indicated the importance of using long-gauge sensors in providing useful, accurate, and reliable information regarding global structural behavior, while point sensors are affected by local damage and strain concentrations. Furthermore, long-gauge carbon fiber line sensors demonstrated good agreement with the corresponding Fiber Bragg Grating sensors with acceptable accuracy, thereby exhibiting potential for application in monitoring the health of large-scale structures.
Kim, G.Y.;Jeong, A.R.;Jo, W.;Jo, H.J.;Kim, D.H.;Sung, S.J.;Hwang, D.K.;Kang, J.K.;Lee, D.H.
한국태양에너지학회:학술대회논문집
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2012.03a
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pp.149-152
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2012
$Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) is one of the most promising photovoltaic materials because of large conversion efficiency which has been achieved with an optimum Ga/(In+Ga) composition in $CuIn_{1-x}Ga_xSe_2$ (X~0.3). The Ga/(In+Ga) content is important to determine band gap, solar cell performances and carrier behaviors at grain boundary (GB). Effects of Ga/(In+Ga) content on physical properties of the CIGS layers have been extensively studied. In previous research, it is reported that GB is not recombination center of CIGS thin-film solar cells. However, GB recombination and electron-hole pair behavior studies are still lacking, especially influence of with different X on CIGS thin-films. We obtained the GB surface potential, local current and I-V characteristic of different X (00.7 while X~0.3 showed higher potential than 100 mV on GBs. Higher potential on GBs appears positive band bending. It can decrease recombination loss because of carrier separation. Therefore, we suggest recombination and electron-hole behaviors at GBs depending on composition of X.
The structural framework design uses high-strength bolts and welding in column splices. However, for the column under high compression, the number of the required high-strength bolts can be excessive and the increase of welding results in difficulty of quality inspection, the transformation of the structural steels, and the increase of erection time. According to the AISC criteria, when columns have bearing plates, or they are finished to bear at splices, there shall be sufficient connections to hold all parts securely in place. The Korean standard sets the maximum 25% of the load as criteria. Using direct contact makes it possible to transfer all compressive force through it. The objective of this study is to examine the generally applied stress path mechanism of welded or bolted columns and to verify the bending moment and compression transfer mechanism of the column splice according to metal touch precision. For this study,22 specimens of various geometric shapes were constructed according to the change in the variables for each column splice type, which includes the splice method, gap width, gap axis, presence or absence of splice material, and connector type. The results show that the application of each splice can be improved through the examination of the stress path mechanism upon metal contact. Moreover, the revision of the relative local code on direct contact needs to be reviewed properly for the economics and efficiency of the splices.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.481-492
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2018
The steel-plate concrete composite beam is composed of a steel plate, concrete and shear connector to combine two inhomogeneous materials. In general, the steel plate is assembled by welding an existing composite beam. In this study, the SPC beam was composed of folding steel plates and concrete, without a headed stud. The folding steel plate was assembled by a high strength bolt instead of welding. To improve the workability in a field construction, a hat-shaped cap was attached to the junction with a slab. Monotonic load testing under two points was conducted under displacement control mode to analyze the flexural strength of the SPC beam using a cap as the shear connector. Five specimens with shear connector types, protrusion length, and different thickness of steel plates were constructed and tested. The experimental results were analyzed through the relationship between the shear strength ratio and flexural strength in KBC 2009. The test results showed a shear strength ratio of more than 40 %. In the case of using a cap-like specimen as the shear connector, the flexural strength was 70% of the value calculated as a fully composite beam. In addition, the cap showed a smaller shear strength than the stud, but the cap served as a shear connection. When the thickness of the steel plate was taken as a variable, the steel plate exhibited a bending strength of approximately 70% compared to a fully formed steel plate, and exhibited similar deformation performance. Local buckling occurred due to incomplete composite behavior, but local buckling occurred at a 5% higher strength for a relatively thick steel plate. The buckling width also decreased by 15%.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.3
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pp.24-37
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2024
Due to the thin nature of semiconductor packages, even minor thermal loads can cause significant warpage, impacting product reliability through issues like delamination or cracking. The mold curing process, which encloses the package to protect the semiconductor chip, is particularly challenging to predict due to the complex thermal, chemical, and mechanical interactions. This study proposes a cost-effective machine learning model to predict warpage in the mold curing process. We developed methods to characterize the curing degree based on time and temperature and quantify the material's mechanical properties accordingly. A Finite Element Method (FEM) simulation model was created by integrating these properties into ABAQUS UMAT to predict warpage for various design factors. Additionally, a Warpage formula was developed to estimate local warpage based on the package's stacking structure. This formula combines bending theory with thermo-chemical-mechanical properties and was validated through FEM simulation results. The study presents a method to construct a machine learning model for warpage prediction using this formula and proposes a cost-effective approach for building a training dataset by analyzing input variables and design factors. This methodology achieves over 98% prediction accuracy and reduces simulation time by 96.5%.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.1
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pp.561-568
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2014
A modular fish-bone girder pier consists of one main girder system named as "Spine Girder". Therefore, this pier can be most affected by torsion as well as flexural bending. The design considerations of the fish-bone girder pier are proposed to assure the reasonable design in this study. In order to investigate the behavior characteristics, structural analysis F.E model is developed, and the verification of the developed model is performed by comparison with experimental data. From the investigation of the structural behavior, the vertical stiffener is required at the bottom of bone-beams to prevent the excessive local stress. Also, it is found that the normal stress of the flange and the shear stress of the web and flange are dominantly affected by the warping torsion and pure torsion, respectively.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.393-402
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2018
While interacting with a sloping structure, an ice floe may fracture in different patterns. For example, it can be local bending failure or global splitting failure depending on the contact properties, geometry and confinement of the ice floe. Modelling these different fracture patterns as a natural outcome of numerical simulations is rather challenging. This is mainly because the effects of crack propagation, crack branching, multi fracturing modes and eventual fragmentation within a solid material are still questions to be answered by the on-going research in the Computational Mechanic community. In order to simulate the fracturing of ice floes with arbitrary geometries and confinement; and also to simulate the fracturing events at such a large scale yet with sufficient efficiency, we propose a semi-analytical/empirical and semi-numerical approach; but with focus on the global splitting failure mode in this paper. The simulation method is validated against data we collected during the Oden Arctic Technology Research Cruise 2015 (OATRC2015). The data include: 1) camera images based on which we specify the exact geometry of ice floes before and after an impact and fracturing event; 2) IMU data based on which the global dynamic force encountered by the icebreaker is extracted for the impact event. It was found that this method presents reasonably accurate results and realistic fracturing patterns upon given ice floes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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