This study presents critical buckling load optimization of the axially graded layered uniform columns. In the first place, characteristic equations for the critical buckling loads for all boundary conditions are obtained using the transfer matrix method. Then, for each case, square of this equation is taken as a fitness function together with constraints. Due to explicitly unavailable objective function for the critical buckling loads as a function of segment length and volume fraction of the materials, especially for the column structures with higher segment numbers, initially, prescribed value is assumed for it and then the design variables satisfying constraints are searched using Differential Evolution (DE) optimization method coupled with eigen-value routine. For constraint handling, Exterior Penalty Function formulation is adapted to the optimization cycle. Different boundary conditions are considered. The results reveal that maximum increments in the critical buckling loads are attained about 20% for cantilevered and pinned-pinned end conditions and 18% for clamped-clamped case. Finally, the strongest column structure configurations will be determined. The scientific and statistical results confirmed efficiency, reliability and robustness of the Differential Evolution optimization method and it can be used in the similar problems which especially include transcendental functions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.212-219
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2002
In the frontal collision of cars, front parts of cars such as engine rail and side members that are composed of hatted section tubes should absorb most of the collision energy far the passenger compartment not to be deformed. For these reasons the study on the collapse characteristics, maximum crushing load and energy absorption capacity of hatted section tubes are needed. In this study, top hatted section tubes and double hatted section tubes are investigated. The maximum crushing load of hatted section tubes is induced from plastic buckling stress of plates by considering that the hatted section tubes are composed of plates with each different boundary conditions and that its material has a strain hardening effect. On this concept maximum crushing load equations of hatted section tubes are derived and verified by experiments. from the results of experiment, the differences of collapse characteristics between top hatted section tube and double hatted section tube are analysed. And mean crushing loads of hatted section tubes from experiments are compared with other theory.
This paper discusses the elastic stability of unbraced frames under non-proportional loading based on the concept of storey-based buckling. Unlike the case of proportional loading, in which the load pattern is predefined, load patterns for non-proportional loading are unknown, and there may be various load patterns that will correspond to different critical buckling loads of the frame. The problem of determining elastic critical loads of unbraced frames under non-proportional loading is expressed as the minimization and maximization problem with subject to stability constraints and is solved by a linear programming method. The minimum and maximum loads represent the lower and upper bounds of critical loads for unbraced frames and provide realistic estimation of stability capacities of the frame under extreme load cases. The proposed approach of evaluating the stability of unbraced frames under non-proportional loading has taken into account the variability of magnitudes and patterns of loads, therefore, it is recommended for the design practice.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2011-2018
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2003
To analyze the bending collapse behavior of an aluminum square tube beam under a bending load, a finite element simulation for the four-point bending test has been performed. Using an aluminum tube beam specimen partly inserted with two steel bars, the local buckling deformation near the center of the tube beam was induced. The maximum bending load and the bending collapse behavior obtained from the numerical simulation were in good agreement with experimental results. Using a combination of the four-point bending test and its finite element simulation, analysis of the local buckling and the accompanied bending collapse behavior of aluminum tube beam could be quantitative accomplished.
Design of general steel structure had applied and achieve elastic design concept mainly so far. Because elastic design supposes that whole structure complies with elasticity formula as that achieve via allowable stress of material is concept that calculate stress distribution of construction about action external load and estimate load of when the maximum stress reaches equally with allowable stress that is established beforehand by maximum safety load of the structure. But, absence that compose actuality structure by deal with external load increase small success surrender and structure hardness falls and tell structure in limit state finally on the whole as showing complicated conduct by interference between these breakdown at buckling by compression. Examined closely about conduct of place since initial buckling through carbon vocal cords transformation finite element analysis series (ANSYS) that place mending condition supposes case that is boundary condition in this investigation.
In the present study, buckling analysis of sandwich composite (carbon nanotube reinforced composite and fiber reinforced composite) Euler-Bernoulli beam in two configurations (core and layers material), three laminates (combination of different angles) and two models (relative thickness of core according to peripheral layers) using differential quadrature method (DQM) is studied. Also, the effects of porosity coefficient and different types of porosity distribution on critical buckling load are discussed. Using sandwich beam, it shows a considerable enhancement in the critical buckling load when compared to ordinary composite. Actually, resistance against buckling in sandwich beam is between two to four times more. It is also showed the critical buckling loads of laminate 1 and 3 are significantly larger than the results of laminate 2. When Configuration 2 is used, the critical buckling load rises about 3 percent in laminate 1 and 3 compared to the results of configuration 1. The amount of enhancement for laminate 3 is about 17 percent. It is also demonstrated that the influence of the core height (thickness) in the case of lower carbon volume fractions is ignorable. Even though, when volume fraction of fiber increases, differences grow smoothly. It should be noticed the amount of decline has inverse relationship with the beam aspect ratio. Among three porosity patterns investigated, beam with the distribution of porosity Type 2 (downward parabolic) has the maximum critical buckling load. At the end, the first three modes of buckling will be demonstrated to investigate the effect of spring constants.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.993-1000
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2006
Practical stability design method of main members of cable-stayed bridges is proposed and discussed through a design example. For this purpose, initial tensions of stay cables and axial forces of main members are firstly determined using initial shaping analysis of bridges under dead loads. And then the effective buckling length using system elastic/inelastic buckling analysis and bending moments considering $P-{\delta}-{\Delta}$ effect by second-order elastic analysis are calculated for main girder and pylon members subjected to both axial forces and moments, respectively. Particularly, load combinations of dead and live loads, in which maximum load effects due to live loads are obtained, are taken into account and effects of live loads on effective buckling lengths are investigated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.641-652
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2007
In this paper, a half-scaled substructure test was performed to evaluate the buckling and structural safety of an existing transmission tower subjected to wind load. A loading scheme was devised to reproduce the dead and wind loads of a prototype transmission tower, which uses a triangular jig that is mounted on the reduced model to which the similarity law of a half length was applied. As a result of the preliminary numerical analysis carried out to evaluate the stability of a specimen for the design load, is was confirmed that the calculated axial forces of tower leg members were distributed to $80{\sim}90%$ of an admissible buckling load. When the substructured transmission tower was loaded by 270% of its maximum admissible buckling load, it was failed due to the local buckling that is occurred in joints with weak constraints for out-of-plane behavior of leg members. By inspection of load-displacement curves, displacements and strains of members, it is considered that this local buckling was due to additional eccentric force by unbalanced deformation because the time that is reached to yielding stress due to the bending moment is different at each point of a same section.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.523-534
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2002
Free vibration and buckling analysis of multi-delaminated composite beam-columns subjected to axial compressive load is performed in the present study In order to investigate the effects of multi-delaminations on the natural frequency and the elastic buckling load of multi-delaminated beam-columns, the general kinematic continuity conditions are derived from the assumption of constant slope and curvature at the multi-dclamination tip. The characteristic equation of multi-delaminated beam-column is obtained by dividing the global multi-delauunated beam-columns into segments and by imposing recurrence relation from the continuity conditions on each sub-beam-column. The natural frequency and the elastic buck)ing load of multi-delaminated beam-columns according to the incremental load of axial compression, which is limited to the maximum elastic buckling load of sound laminated beam-column, are obtained. It is found that the sizes, locations and numbers of multi-delaminations have significant effect on natural frequency and elastic buckling load, especially the latter ones.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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