Zhang, Wenfu;Gardner, Leroy;Wadee, M. Ahmer;Zhang, Minghao
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1440-1463
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2018
The Wagner coefficient is a key parameter used to describe the inelastic lateral-torsional buckling (LTB) behaviour of the I-beam, since even for a doubly-symmetric I-section with residual stress, it becomes a monosymmetric I-section due to the characteristics of the non-symmetrical distribution of plastic regions. However, so far no theoretical derivation on the energy equation and Wagner's coefficient have been presented due to the limitation of Vlasov's buckling theory. In order to simplify the nonlinear analysis and calculation, this paper presents a simplified mechanical model and an analytical solution for doubly-symmetric I-beams under pure bending, in which residual stresses and yielding are taken into account. According to the plate-beam theory proposed by the lead author, the energy equation for the inelastic LTB of an I-beam is derived in detail, using only the Euler-Bernoulli beam model and the Kirchhoff-plate model. In this derivation, the concept of the instantaneous shear centre is used and its position can be determined naturally by the condition that the coefficient of the cross-term in the strain energy should be zero; formulae for both the critical moment and the corresponding critical beam length are proposed based upon the analytical buckling equation. An analytical formula of the Wagner coefficient is obtained and the validity of Wagner hypothesis is reconfirmed. Finally, the accuracy of the analytical solution is verified by a FEM solution based upon a bi-modulus model of I-beams. It is found that the critical moments given by the analytical solution almost is identical to those given by Trahair's formulae, and hence the analytical solution can be used as a benchmark to verify the results obtained by other numerical algorithms for inelastic LTB behaviour.
Park, Keum-Sung;Lee, Sang-Sup;Bae, Kyug-Woong;Moon, Ji-Ho
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.36-44
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2019
The purpose of this study is to evaluate the structural performance of press-formed type asymmetric column to beam connections of steel-PC composite module frames. Most of the column sections of the joints making up the modular frame use a closed square steel section. The column-beam connection using the closed column section has difficulty in reducing the workability and securing the fire resistance. In order to overcome this disadvantage, concrete is filled in the asymmetrical open type cross section of the steel plate by press forming. A total of four specimens were fabricated to investigate the structural performance of press formed type asymmetric column to beam connections. The experimental results show that the structural performance and behavior of the asymmetric columns are different depending on whether the asymmetric column cross section is composited or the column width thickness ratio. The structural performance of the press formed type asymmetric column to beam connection was evaluated by comparing the experimental results with the theoretical formulas.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.8
no.3
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pp.100-109
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2008
The finite volume time domain(FVTD) technique faces serious limitations in simulating electromagnetic scattering at high frequencies due to requirements related to discretization. A modified FVTD method is proposed for electrically large, perfectly conducting scatterers by partially incorporating a time-domain physical optics(PO) approximation for the surface current. Dominant specular returns in the modified FVTD method are modeled using a PO approximation of the surface current allowing for a much coarser discretization at high electrical sizes compared to the original FVTD scheme. This coarse discretization can be based on the minimum surface resolution required for a satisfactory numerical evaluation of the PO integral for the scattered far-field. Non-uniform discretization and spatial accuracy can also be used in the context of the modified FVTD method. The modified FVTD method is aimed at simulating electromagnetic scattering from geometries containing long smooth illuminated sections with respect to the incident wave. The computational efficiency of the modified FVTD method for higher electrical sizes are shown by solving two-dimensional test cases involving electromagnetic scattering from a circular cylinder and a symmetric airfoil.
Vieira, Ricardo F.;Lisi, Diego;Virtuoso, Francisco B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.1
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pp.173-203
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2014
The cross-section warping due to the passage of high-speed trains can be a relevant issue to consider in the dynamic analysis of bridges due to (i) the usual layout of railway systems, resulting in eccentric moving loads; and (ii) the use of cross-sections prone to warping deformations. A thin-walled beam formulation for the dynamic analysis of bridges including the cross section warping is presented in this paper. Towards a numerical implementation of the beam formulation, a finite element with seven degrees of freedom is proposed. In order to easily consider the compatibility between elements, and since the coupling between flexural and torsional effects occurs in non-symmetric cross-sections due to dynamic effects, a single axis is considered for the element. The coupled flexural-torsional free vibration of thin-walled beams is analysed through the presented beam model, comparing the results with analytical solutions presented in the literature. The dynamic analysis due to an eccentric moving load, which results in a coupled flexural-torsional vibration, is considered in the literature by analytical solutions, being therefore of a limited applicability in practice engineering. In this paper, the dynamic response due to an eccentric moving load is obtained from the proposed finite element beam model that includes warping by a modal analysis.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.5
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pp.91-97
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2020
A split-die design for the cold forging of symmetric parts such as those having a hexagonal cross-section is presented in this paper. Parts with a hexagonal cross-section, such as bolt heads and nuts, should be forged with a die that has a hexagonal-shaped hole. A split type die is required to mitigate the buildup of stress concentrations located at the corners of the hexagonal hole. Generally, the insert of a hexagonal die is made by cutting each corner of a cylinder using a hexagonal hole and then combined with the die and shrink-fitted. However, split dies face problems when extruding material at the corners of the hexagonal split die. To address this problem, two types of split dies were evaluated: rounded hexagonal dies and angular hexagonal dies. The effects of the pre-stress ring on the dies were compared and analyzed and results show that using the angular split hexagonal die can extend the lifetime of forging dies.
Turbulent airflow in channels of rectangular cross section with symmetric centerbodies is studied numerically. Shock wave configurations formed in the channel and in front of the entrance are examined. Solutions of the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are obtained with finite-volume solvers of second-order accuracy. The solutions demonstrate an expulsion/swallowing of the shocks with variations of the free-stream Mach number or angle of attack. Effects of the centerbody length and thickness on the shock wave stability and flow bifurcation are examined. Bands of the Mach number and angle of attack, in which there exist non-unique flow fields, are identified.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.1
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pp.209-215
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2000
Precision forging technology that can control flow velocity of workpiece have been developed to minimize the amounts of machining. To get the uniform rib length, flow velocity distribution is needed to be estimated and controlled. Computer-aided design is known for very effective to estimate the deformation behavior and design the die for controlling the flow velocity. In this study, die design to control the deformation velocity are investigated using the DEFORM-2D about rib-web shape parts. Also we can get uniform rib length by enforcing the back pressure at end section of rib. The applied load of back pressure farming is lower than that of conventional forging. These results are analysed and confirmed by the experiment.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.5
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pp.510-517
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2001
This paper describes an initial study for the application of eddy current pattern recognition approaches to more realistic flaw characterization in steam generator tubes. For this purpose, finite-element model-based theoretical eddy current testing (ECT) signals are simulated from 5 types of OD flaws with the variation in flaw size parameters and testing frequency. In addition, three kinds of software are developed for the convenience in the application of steps in pattern recognition approaches such as feature extraction feature selection and classification by probabilistic neural networks (PNNs). The cross point of the ECT signals simulated from flaws with non-symmetric cross-sections shows the deviation from the origin of the impedance plane. New features taking advantages of this phenomenon are added to complete the feature set with a total of 18 features. Then, classification with PNNs are performed based on this feature set. The PNN classifiers show high performance for the identification of symmetry in the cross-section of a flaw. However, they show very limited success in the interrogation of the sharpness of flaw tips.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.149-157
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2017
An innovative analysis method is proposed in this paper for the determination of ultimate resistance of prestressed concrete beams. The proposed method can be applied to simply supported or continuous beams in a unified manner whether structure and external loads are symmetric or not. Through the iterative nonlinear strain compatibility solutions, this method can also be applied to the non-prismatic section/un-symmetrical composite structures under moving load. The conventional studies have used the failure criteria when the strain of concrete reaches 0.003. However compared with bonded case, the value of strain in the reinforcement is much smaller than bonded case, thus, unbonded prestressed cases show compressive failure mode. It is shown that the proposed method gives acceptable results within 5% error compared with the prior experimental results. It can be shown that the proposed method can reach the solution much faster than typical three-dimensional finite element analysis for the same problem. This method is applicable to the existing unbonded prestressed members where deterioration has occurred leading to the reduced ultimate resistance or safety. In all, the proposed procedure can be applied to the design and analysis of newly constructed structures, as well as the risk assessment of rehabilitated structures.
Nonplanar structural walls with C-shaped and H-shaped sections have been used as an efficient lateral force-resisting system for building structures. Since the nonplanar walls are subjected to axial load and bending moments about two orthogonal axes, complicated section analysis is required for flexure-compression design. In the present study, a straightforward design method for biaxially loaded C- and H-shaped walls was proposed by modifying the existing load contour method for columns with symmetric solid sections. For this, a strain compatibility section analysis program that can calculate biaxial moment strengths of arbitrary wall section was developed and its validity was verified by comparing with existing test results. Then, through parametric study, the interaction of biaxial moments at constant axial loads in prototype C- and H-shaped walls was investigated. The results showed that, due to unsymmetrical geometry of the wall sections, the biaxial interaction was significantly affected by the moment directions and axial loads. From those investigations, non-dimensional contour equations of the biaxial moments at constant axial loads for C- and H-shaped walls were suggested. Further, design examples using the proposed contour equations were given for engineering practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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