This paper presents a finite element (FE) model for predicting the behaviour of steel column-column connections under axial compression and tension. A robustness approach is utilised for the design of steel column-column connections. The FE models take into account for the effects of initial geometric imperfections, material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the FE models is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the FE models accurately predict the ultimate axial strengths and load-deflection curves for steel column-column connections. A parametric study is carried out to investigate the effects of slenderness ratio, contact surface imperfection, thickness of cover-plates, end-plate thickness and bolt position. The buckling strengths of steel column-column connections with contact surface imperfections are compared with design strengths obtained from Australian Standards AS4100 (1998) and Eurocode 3 (2005). It is found that the column connections with maximum allowable imperfections satisfy the design requirements. Furthermore, the steel column-column connections analysed in this paper can be dismantled and reused safely under typical service loads which are usually less than 40% of ultimate axial strengths. The results indicate that steel column-column connections can be demounted at 50% of the ultimate axial load which is greater than typical service load.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.179-184
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2005
In the present study, conceptual design of the main wing for 20 seats WIG{wing in Ground Effect) flight vehicle, which will be a high speed maritime transportation system for the next generation, was performed. The high stiffness and strength Carbon-Epoxy material was used for the major structure and the skin-spar with a foam sandwich structural type was adopted for improvement of lightness and structural stability. As a design procedure for this study, firstly the design load was estimated with maximum flight load, and then flanges of the front and the rear spar from major bending load and the skin structure and the webs of the spars were preliminarily sized using the netting rules and the rule of mixture. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis was performed by Finite Element Codes such as NASTRAN/PA TRAN[6] and NISA II [7]. From the stress analysis results, it was confirmed that the upper skin structure between the front spar and rear spar was very unstable for the buckling. Therefore in order to solve this problem, a middle spar and the foam sandwich structure at the upper skin and the web were added. After design modification, even thought the designed wing weight was a little bit heavier than the target wing weight, the structural safety and stability of the final design feature was confirmed. Moreover, in order to fix the wing structure at the fuselage, the insert bolt type structure with six high strength bolts was adopted for easy assembly and removal.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.5
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pp.21-30
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2013
LB-Deck is one of the widely used member in interior part of girders as a permanent formwork in structures, but it is not easy to apply to the exterior part of girder due to the overturning and excessive deflection. Considering allowable deflection and safety of the exterior part, Precast Concrete Cantilever Deck (PCC-Deck) is proposed with normal LB-Deck in inner part and extended bars of LB-Deck in outer part. Both numerical analyses and experimental tests were compared to check the safety and allowable deflection for 6 types of PCC-Deck, and D-type (with 16 mm top bar, 6 mm lattice bar, 12 mm bottom bar) is suggested as an optimal structural reinforcement to the 28 kN of maximum load and 27.49 mm of final deflection. The load resisting ratio of D-type under working load of 10 kN was about 2.8 times and 77.5% of improvement was observed.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.29-36
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2016
Tensairity girder is a light weight inflatable fabric structural concept which can be used in road emergency transportation. It uses low pressure air to stabilize compression elements against buckling. With the purpose of obtaining the comprehensive target of minimum deflection and weight under ultimate load, the cross-section and the inner pressure of tensairity girder was optimized in this paper. The Variable Complexity Modeling (VCM) method was used in this paper combining the Kriging approximate method with the Finite Element Analysis (FEA) method, which was implemented by ABAQUS. In the Kriging method, the sample points of the surrogate model were outlined by Design of Experiment (DOE) technique based on Optimal Latin Hypercube. The optimization framework was constructed in iSIGHT with a global optimization method, Multi-Island Genetic Algorithm (MIGA), followed by a local optimization method, Sequential Quadratic Program (SQP). The result of the optimization gives a prominent conceptual design of the tensairity girder, which approves the solution architecture of VCM is feasible and efficient. Furthermore, a useful trend of sensitivity between optimization variables and responses was performed to guide future design. It was proved that the inner pressure is the key parameter to balance the maximum Von Mises stress and deflection on tensairity girder, and the parameters of cross section impact the mass of tensairity girder obviously.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.19
no.4
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pp.476-482
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2016
In this study, a method using single Wheatstone bridge flexure has been presented to measure hinge moment acting on control surfaces of wind tunnel models. The structural simplicity of the flexure reduces difficulty regarding gauging and wire-routing, and also makes it feasible to install flexures even inside thin wings. Some flexures were designed and fabricated under typical aerodynamic loads in wind tunnel test, and the strains on the flexure according to applied loads were compared with the result of the analysis by finite element method. The relation between applied loads and output signals showed good linearity, and the standard deviation on the residual errors from linear equation obtained by least square method was within 1.0 % of the maximum design moments. In addition, the FEM analysis on the thickness of load-connecting part of the flexure showed that the sensitivity was improved as the thickness became thin as much as desired to avoid buckling.
In our preceding study, we reported that the use of light, composite-material wings in long-endurance Solar-Powered UAVs is a critical factor. Ribs are critical components of wings, which prevent buckling and torsion of the wing skin. This study was undertaken to design and manufacture optimal composite ribs. The ribs were manufactured by applying laminated-layer patterns and shapes, considering the anisotropic properties of the composite material. Through the finite element analysis using the MSC Patran/Nastran, the maximum load and the displacement shape were identified. Based on the study results measured by structural tests, we present an optimal design of ribs.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.233-236
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2002
An efficient method was developed in this study to obtain optimal stacking sequences, thicknesses, and minimum weights of stiffened laminated composite shells under combined loading conditions and stiffener layouts using genetic algorithms (GAs) and finite element analyses. Among many parameters in designing composite laminates determining a optimal stacking sequence that may be formulated as an integer programming problem is a primary concern. Of many optimization algorithms, GAs are powerful methodology for the problem with discrete variables. In this paper the optimal stacking sequence was determined, which gives the maximum critical buckling load factor and the minimum weight as well. To solve this problem, both the finite element analysis by ABAQUS and the GA-based optimization procedure have been implemented together with an interface code. Throughout many parametric studies using this analysis tool, the influences of stiffener sizes and three different types of stiffener layouts on the stacking sequence changes were throughly investigated subjected to various combined loading conditions.
Under driving condition, A vehicle experiences various kinds of loads, which brings on the buckling and fracture of suspension systems. Lower control arm (LCA), which consists of 2 bush joints and 1 ball joint connection, is the one of the most important parts in the suspension system. The bush joints absorb the impact load and reduce the vibration from the road. When analyzing the LCA behavior, it is important to understand the material properties and boundary conditions of bushing systems correctly, because of the nonlinearity characteristics of the rubber. In this paper, in order to predict the large scale deformation of the LCA more precisely, three factors are newly suggested, that is, coupling of bush stiffness between translation and rotation, bush extraction force and maximum rotation angle of ball joint. LCA stiffness is estimated by CAE and component test. Analysis and test results are almost same and the validity of considering three factors in LCA analysis is verified.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2005.06a
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pp.90-96
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2005
This paper presents the results of the reliability analysis of PAU (Preliminary Assembly Unit) seat of the floating Production Storage and Off1-loading Unit (FPSO) The main aim of the analysis was to demonstrate that a sufficient safety of structural members is guaranteed against PAU loads, internal and external pressure, and hull girder moments. Topside loads for PAU design are based on owner's request. According to the seat type, topside loads are classified into maximum values of same seat type for design efficiency. Totally, 26 loading cases for each model are used for this analysis with the combination of the reactions of PAU loafing and the hull girder bending moments according to LR offshore (2). The analysis results are evaluated according to the acceptance criteria for yielding given in LR offshore and guidance note (3) and The panel buckling resistance is verified by LR offshore and SDA (4). For 900,000 bbls FPSO, the PAU support foundation analysis using 3-D F.E. model is carried out to verify the structural adequacy of PAU foundation and structure members in way of PAU. The modified structures in way of PAU support are safe against considered load cases and all stresses in way of PAU support are within design criteria.
Claudio H. B. de Resende;Luiz F. Martha;Afonso C. C. Lemonge;Patricia H. Hallak;Jose P. G. Carvalho;Julia C. Motta
Advances in Computational Design
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v.8
no.4
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pp.327-351
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2023
This article explores how multi-objective optimization techniques can be used to design cost-effective and structurally optimal spatial steel structures, highlighting that optimizing performance can be as important as minimizing costs in real-world engineering problems. The study includes the minimization of maximum horizontal displacement, the maximization of the first natural frequency of vibration, the maximization of the critical load factor concerning the first global buckling mode of the structure, and weight minimization as the objectives. Additionally, it outlines a systematic approach to selecting the best design by employing four different evolutionary algorithms based on differential evolution and a multi-criteria decision-making methodology. The paper's contribution lies in its comprehensive consideration of multiple conflicting objectives and its novel approach to simultaneous consideration of bracing system, column orientation, and commercial profiles as design variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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