A concept of crash energy absorbing (CEA) lattice structure for an inflatable morphing vehicle body (Lee et al. 2008) has been investigated as a method of providing rigidity and energy absorption capability during a vehicular collision (Lee et al. 2007). A modified analytical model for the CEA lattice structure design is described in this paper. The modification of the analytic model was made with a stiffness approach for the elastic region and updated plastic limit analysis with a pure plastic bending deformation concept and amended elongation factors for the plastic region. The proposed CEA structure is composed of a morphing lattice structure with movable thin-walled members for morphing purposes, members that will be locked in designated positions either before or during the crash. What will be described here is how to model the CEA structure analytically based on the energy absorbed by the CEA structure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.10a
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pp.28-33
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1990
This paper presents an efficient and accurate method for nonlinear analysis of frame structures by idealized structural unit method. The main idea behind the present method is to minimize the cost of the computational effort by reducing the number of unknowns. An explicit form of the tangential elastic stiffness matrix of the element is derived by using updated Lagrangian approach. An ultimate limit state of the element is judged on the basis of the formation of a plastic hinge mechanism. The elasto-plastic stiffness matrix and the post-ultimate stiffness matrix of the element are formulated by plastic node method. A comparison between the present method is very efficient and accurate because the computing time required is very small while giving the accurate solution.
The beam string structure (BSS) has been widely applied in large span roof structures, while no analytical solutions of BSS were derived for it in the existing literature. In the first part of this paper, calculation formulas of displacement and internal forces were obtained by the Ritz-method for the most commonly used arc-shaped BSS under the vertical uniformly distributed load and the prestressing force. Then, the failure mode of BSS was proposed based on the static equilibrium. On condition the structural stability was reliable, BSS under the uniformly distributed load would fail by tensile strength failure of the string, and the beam remained in the elastic or semi-plastic range. On this basis, the limit load of BSS was given in virtue of the elastic solutions. In order to verify the linear elastic and limit state solutions proposed in this paper, three BSS modal were tested and the corresponding elastoplastic large deformation analysis was performed by the ANSYS program. The proposed failure mode of BSS was proved to be correct, and the analytical results for the linear elastic and limit state were in good agreement with the experimental and FEM results.
This study examines two traditional approaches (non-linear elastic and elasto-plastic) in association with 2D and 3D FEM analyses of a box-section pile embedded in sand. A particular emphasis is placed on stress singularities concerning both reentrant corners of the pile section and the resulting tension zones. From the experience gained in this study, non-linear elastic soil models are less restrictive when one considers stress singularities and their possible effects on convergence of the solution. At least for monotonic loading, when compared with field tests, non-linear elastic models yield better results than the plasticity ones. On the other hand, although elasto-plastic models are not limited to monotonic loading, they are much more sensitive to stress singularities. For this reason, a spherical elastic region is necessary at the pile tip to ensure convergence. Without this region, one must artificially impose an apparent cohesion to limit the tension stresses within a sand medium.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.6_2
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pp.961-968
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2022
Hydrogen embrittlement leads to the damages in bolts, nut, especially, high pressure valves, in the semiconductor facilities, hydrogen vehicles, hydrogen stations and so on. Monel material has higher strength than SUS material. Therefore, even though Monel material with special alloy is usually used to prevent the hydrogen embrittlement, it needs powerful drawing system to manufacture the rectangular or hexagonal bar using circular bar. The purpose of this study is to investigate the characteristics of plastic deformation of Monel material and 2 rollers of rolling unit in plastic limit through numerical analysis. As the results, it was predicted that, based on mean stress, as the rolling step was increased, the rolling force of rolling unit was decreased. In addition, the heat treatment for Monel material was needed because of residual stress due to plastic deformation. As for rollers, the roller was safe about 1.86 times compared with that of ultimate strength. In this study, as the roller 2 showed larger stress than roller 1, thus, roller 2 should be designed carefully to guarantee the safety. Further it was confirmed that the reaction force of roller could be helpful in bearing design.
The ultimate bearing capacity of surface foundations on a sand layer overlying clay has been theoretically investigated. First, a review of previous studies on the bearing capacity problems for this type of foundation was performed and a discussion was presented concerning the practical application. Second, the kinematic approach of limit analysis was used to calculate the upper bound of the true ultimate bearing capacity. The kinematic solutions are upper bounds and their accuracy depends primarily on the nature of the assumed failure mechanism. This approach makes it convenient to create design charts, and it is possible to trace the influence of parameters. Third, the commercial finite element program ABAQUS was applied to obtain the ultimate bearing capacity based on the elasto-plastic theory. Results obtained from the kinematic approach were compared with those from the program ABAQUS and the limit equilibrium equations proposed by Yamaguchi, Meyerhof and Okamura et al. Finally, the validities of the results from the kinematic approach, the results from the program ABAQUS and the limit equilibrium equations were examined.
This paper describes a method of the refined plastic hinge approach in the framework of the higher-order element formulation that can efficaciously evaluate the limit state capacity of a whole reinforced concrete structural system using least number of element(s), whereas the traditional design of a reinforced concrete structure (i.e. AS3600; Eurocode 2) is member-based approach. Hence, in regard to the material nonlinearities, the efficient and economical cross-section analysis is provided to evaluate the element section capacity of non-uniform and arbitrary concrete section subjected to the interaction effects, which is helpful to formulate the refined plastic hinge method. In regard to the geometric nonlinearities, this paper relies on the higher-order element formulation with element load effect. Eventually, the load redistribution can be considered and make full use of the strength reserved owing to the redundancy of an indeterminate structure. And it is particularly true for the performance-based design of a structure under the extreme loads, while the uncertainty of the extreme load is great that the true behaviour of a whole structural system is important for the economical design approach, which is great superiority over the conservative optimal strength of an individual and isolated member based on traditional design (i.e. AS3600; Eurocode 2).
Some industrial steel structures are composed by components linked by several welding joints to constitute an assembly. The main interest of assembly simulation is to evaluate the global distortion of welded structure. The general method, thermo-elasto-plastic analysis, leads to excessive model size and computation time. In this study, a simplified method called "Local and Global approach" was developed to break down this limit and to provide a accurate solution for distortion. Local and global approach is composed of 3 steps; 1) Local simulation of each welding joint on a dedicated mesh (usually very fine due to high thermal gradients), taking into account for the non linearity of the material properties and the moving heat source. 2) Transfer to the global model of the effects of the welding joints by projection of the plastic strain tensors. 3) Elastic simulation to determine final distortions in global model. The welding deformation test for mock-up structure was performed to verify this approach. The predicted welding distortion by this approach had a good agreement with experiment results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.5
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pp.453-460
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2015
Since the Fukushima nuclear accident, several researchers are extensively studying the effect of torsion on the piping systems In nuclear power plants. Piping installations in power plants with a circumferential crack can be operated under combined loading conditions such as bending and torsion. ASME Code provides flaw evaluations for fully plastic fractures using limit load criteria for the structural integrity of the cracked pipes. According to the recent version of Code, combined loadings are provided only for the membrane and bending. Even though actual operating conditions have torsion loading, the methodology for evaluating torsion load is not established. This paper provides the results of limit load analyses by using finite element models for circumferentially cracked pipes under pure bending, pure torsion, and combined bending and torsion with tension. Theoretical limit load solutions based on net-section fully plastic criteria are suggested and verified with the results of finite element analyses.
Geo-Rak Park;Kyu Song;Youngjae Choi;Nak-Kyun Cho;Chung-Soo Kim
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.119-125
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2021
Subsea pipelines are widely used to transport hydrocarbons from ultra-deep seawater to facilities on the coast. A sandwich pipe is a pipe-in-pipe system in which the annulus between the two concentric steel pipes is filled with polymer cores and fillers for insulation and structural reinforcement. Sandwich pipeline is always exposed to complex loading such as bending moment, bulking, internal and external pressures caused by installation, operation and environmental factors. This research provides insights into the structural integrity of sandwich pipeline exposed to complex loading conditions using a linear matching method (LMM). The finite element model of the sandwich pipeline has been generated from previous research, and the model validation is performed by comparing the results of the linear analysis between the two models. The temperature dependent material properties are used to simulate the behavior of real pipeline, and the elastic-perfectly plastic (EPP) model has been taken into account for the material non-linearity. Numerical results provide comprehensive insights into the structural response of the sandwich pipeline under monotonic and cyclic loading and provide notable points about the evaluation of the plastic collapse limit and the elastic shakedown limit of the sandwich pipeline.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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