Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.6
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pp.141-152
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2015
Most of agricultural structures are consisted of complex components and exposed to various boundary conditions. There have been no ways to express those structures exactly for model experiment. As an alternative, 3D printer can produce any type of solid model. However, there are limited informations related to structural experiments using 3D printer. The object of this study gives the basic informations to structural engineers who try to use 3D printer for model experiment. When PLA was used as a supplier for 3D printer, the outcomes showed less heat deformation to compare with ABS. To test the material properties, two kinds of experiments (three-point flexibility test and compression test) were executed using universal testing machine. In three-point flexibility test, plastic hinge and its deformation were developed as observed in material such as steel. The behavior was in a linear elastic state, and elastic bending modulus and yield force were evaluated. In the compression test using unbraced columns with hinge-hinge boundary condition, the constant yield forces were observed regardless of different lengths in all columns with same section size, whereas the compressive elastic modulus was increased as the length of column was increased. The suggested results can be used for model experiments of various agricultural structures consisted of single material.
Thin-walled mental tubes under lateral crushing are desirable and reliable energy absorbers against impact or blast loads. However, the early formations of plastic hinges in the thin cylindrical wall limit the energy absorption performance. This study investigates the energy absorption performance of a simple, light and efficient energy absorber called the ring stiffened tube. Due to the increase of section modulus of tube wall and the restraining effect of the T-stiffener flange, key energy absorption parameters (peak crushing force, energy absorption and specific energy absorption) have been significantly improved against the empty tube. Its potential application in the offshore blast wall design has also been investigated. It is proposed to replace the blast wall endplates at the supports with the energy absorption devices that are made up of the ring stiffened tubes and springs. An analytical model based on beam vibration theory and virtual work theory, in which the boundary conditions at each support are simplified as a translational spring and a rotational spring, has been developed to evaluate the blast mitigation effect of the proposed design scheme. Finite element method has been applied to validate the analytical model. Comparisons of key design criterions such as panel deflection and energy absorption against the traditional design demonstrate the effectiveness of the proposed design in blast alleviation.
The possibilities of non-linear analysis of reinforced-concrete structures are under development. In particular, current research areas include structural analysis with the application of advanced computational and material models. The submitted article aims to evaluate the possibilities of the determination of material properties, involving the tensile strength of concrete, fracture energy and the modulus of elasticity. To evaluate the recommendations for concrete, volume computational models are employed on a comprehensive series of tests. The article particularly deals with the issue of the specific properties of fracture-plastic material models. This information is often unavailable. The determination of material properties is based on the recommendations of Model Code 1990, Model Code 2010 and specialized literature. For numerical modelling, the experiments with the so called "classic" concrete beams executed by Bresler and Scordelis were selected. It is also based on the series of experiments executed by Vecchio. The experiments involve a large number of reinforcement, cross-section and span variants, which subsequently enabled a wider verification and discussion of the usability of the non-linear analysis and constitutive concrete model selected.
Composite beams of steel and concrete strengthened with fiber-reinforced polymers (FRP) may exhibit considerably enhanced flexural behaviour, but the combination of three materials with different characteristics and the various possible failure mechanisms that may govern performance make their analysis quite demanding. Previous studies provided significant insights into this problem and several methods were proposed for calculating flexural stiffness and strength, but these studies are restricted to the single member level of a simply supported composite beam section. However, the problem considerably changes when the beam is part of a frame system due to the degree of continuity provided by the surrounding structure, which represents the most common situation in practice. This paper explores the behaviour of semi-continuous FRP-strengthened composite beams, by considering the response characteristics of their end connections and their effects on overall performance. A novel analytical model is derived, which enables a step-by-step representation of the nonlinear relationship between an incremental mid-span design bending moment and corresponding connection rotations. After verification against finite element analyses, a parametric study is conducted which shows that the substantially increased bending moment resistance of FRP-strengthened composite beams can hardly be fully utilized due to a deficiency of corresponding large deformation capacity available in the connections. The extent to which the presence FRP strengthening can be exploited to enhance the beam flexural response depends on the interplay between various structural parameters, including the connection rotation capacity, the beam span, and the FRP modulus of elasticity and ultimate strength.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.395-404
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2005
This paper presents a reliable numerical procedure for nonlinear time-history analysis of space steel frames subjected to dynamic loads. Geometric nonlinearities of member (P-$\delta$) and frame (P-$\Delta$) are taken into account by the use of stability functions in framed stiffness matrix formulation. The gradual yielding along the member length and over the cross section is included by using a tangent modulus concept and a softening plastic hinge model based on the New-Orbison yield surface. A computer program utilizing the average acceleration method for the integration scheme is developed to numerically solve the equation of motion of framed structure formulated in an incremental form. The results of several numerical examples are compared with those derived from using beam element model of ABAQUS program to illustrate the accuracy and the computational efficiency of the proposed procedure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.32
no.3
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pp.107-115
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1995
A simple estimation system of ultimate and residual strength for ship structures is developed on the Open-Window system of SUN4 engineering workstation. System development consists of three stages. Firstly, various ultimate longitudinal strength estimation methods are investigated and some rational estimation methods are adopted based on the parametric comparison of various hulls or box girders. Secondly, these selected and newly formulated methods are linked with elastic & perfectly plastic section modulus calculation procedure. Therefore, the longitudinal hull girder strength can be calculated in the intact and damaged conditions due to the grounding or collision of hull structure. Finally, an exclusive system is developed such that whole procedures are proceeded under the window management system using mouse button and elastic and perfect plastic stress conditions. Also longitudinal members are plotted automatically under three dimensional graphic circumstances. These established program is tested for various actual ships, and some examples are illustrated.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.1
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pp.15-22
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2011
Pultruded fiber reinforced polymeric plastic (PFRP) structural members may be one of attractive alternatives of the structural members in the civil engineering applications because of its many advantageous mechanical properties. However, they have relatively low modulus of elasticity and also cross-sections of structural shapes are composed of thin plate components such as flange and web. Therefore, structural stability is an important issue in the design of pultruded structural compression members. For the design of pultruded structural member under compression, buckling and post-buckling strengths of plate components may be taken into account. In the structural steel design following AISC/LRFD, in addition to the buckling strength, the nonuniform stress distribution in the section is incorporated with a form factor. In this paper, the form factor for the design of PFRP structural member under compression is investigated through the analytical study. Furthermore, the process for the determination of the form factor is suggested.
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.
Han, Taek Hee;Na, Tae Soo;Han, Sang Yun;Kang, Young Jong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.3
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pp.123-131
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2007
The buckling behavior of a fiber reinforced plastic pipe was researched. When a cylindrical structure is made of isotropic material, it shows two dimensional buckled shape which has same deformed section along the longitudinal direction. But an anisotropic cylindrical structure shows three dimensional buckled shape which has different deformed section along the longitudinal direction. Because the modulus of elasticity is varied in a certain direction when ply angles are changed, the strength of a pipe are changed as ply angles are changed. In this study, the limitation of two dimensional and three dimensional buckling mode was investigated and the buckling strength of a laminated composite pipe was evaluated.
In order to use glued built up timber beam as a structural member for post and beam construction, it must be possible to manufacture long-span lumber. In this study, the researchers conducted a performance evaluation for longitudinal bonding of lumber (cross-section $89{\times}120mm$) made from larch. The specimens were prepared in six different forms using the longitudinal bonding method. The bonding strength of these specimens was tested through tensile strength tests and bending strength tests. The tensile strength test result of the longitudinally bonded parts was better than that of the double lap specimens. And, the tensile strength value of the scarf specimen was better than that of the hooked scarf specimen. The tensile strength of the GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) rod insertion bonding specimen was 3.6 MPa, which was the highest. As for the bending strength test result of the longitudinally bonded part, the average MOR (modulus of rupture) of the specimen where a GFRP rod was inserted and bonded measured 29 MPa, while the specimens of other bonded parts showed a MOR no more than 11 MPa. Toughness destruction was observed in specimens where a GFRP rod was insertion-bonded. The rest of the specimens showed brittle destruction. The average MOR strength of the Rod + Lap specimen was 30.5 MPa, which was the highest among all longitudinally bonded specimens. The bending strength of the Rod + Lap specimens showed an effective strength that was 66% of that of the control group which were not longitudinally bonded.
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