High-speed electronic digital computers have enabled engineers to employ various numerical discretization techniques for solutions of complex problems. The Finite Element Method is one of the such technique. The Finite Element Method is one of the numerical analysis based on the concepts of fundamental mathematical approximation. Three dimensional plate structures used often in partition of ship, box girder and frame are analyzed by Finite Element Method. In design of structures, the static deflections, stress concentrations and dynamic deflections must be considered. However, these problem belong to geometrically nonlinear mechanical structure analysis. The analysis of each element is independent, but coupling occurs in assembly process of elements. So, to overcome such a difficulty the shell theory which includes transformation matrix and a fictitious rotational stiffness is taken into account. Also, the Mindlin's theory which is considered the effect of shear deformation is used. The Mindlin's theory is based on assumption that the normal to the midsurface before deformation is "not necessarily normal to the midsurface after deformation", and is more powerful than Kirchoff's theory in thick plate analysis. To ensure that a small number of element can represent a relatively complex form of the type which is liable to occur in real, rather than in academic problem, eight-node quadratic isoparametric elements are used. are used.
Zerin, Zihni;Basoglu, Muhammed Fatih;Turan, Ferruh
Structural Engineering and Mechanics
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제61권2호
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pp.255-266
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2017
In this study, self-supporting roofing elements especially convenient for large-span structures such as stadium, airport terminal, mall, coliseum, etc. were examined with respect to critical buckling load. These elements were assumed as laminated composite plates and, variation of free-edge forms, cutout types and lamination configurations were used as design parameters. Based on the architectural feature and structural requirements, the effects of curvilinear free-edge form on critical buckling load were focused on in this research. Within this scope, 14 types of lamination configuration were specified according to various orientation angle, number and thickness of plies with a constant value of total plate thickness. Besides that, 6 different types of cutout and 3 different free-edge forms were determined. By combining all these parameters 294 different critical buckling load analyses were performed by using ANSYS Mechanical software based on finite element method. Effects of those parameters on critical buckling load were evaluated referring to the obtained results. According to the results presented here, it may be concluded that lamination conditions have more significant influence on the critical buckling load values than the other parameters. On the other hand, it is perceived that curvilinear free-edge forms explicitly undergo changings depending on lamination conditions. For future work, existence of delamination might be considered and progression of the defect could be investigated by using non-linear analysis.
Existing reinforced concrete (RC) beams can be strengthened with externally bolted steel plates to the sides of beams. The effectiveness of this type of bolted side-plate (BSP) beam can however be affected by partial interaction between the steel plates and RC beams due to the mechanical slip of bolts. To avoid over-estimation of the flexural strength and ensure accurate prediction of the load-deformation response of the beams, the effect of partial interaction has to be properly considered. In this paper, a special non-linear macro-finite-element model that takes into account the effects of partial interaction is proposed. The RC beam and the steel plates are modelled as two different elements, interacting through discrete groups of bolts. A layered method is adopted for the formulation of the RC beam and steel plate elements, while a special non-linear model based on a kinematic hardening assumption for the bolts is used to simulate the bolt group effect. The computer program SiBAN was developed based on the proposed approach. Comparison with the available experimental results shows that SiBAN can accurately predict the partial interaction behaviour of the BSP beams. Further numerical simulations show that the interaction between the RC beam and the steel plates is greatly reduced by the formation of plastic hinges and should be considered in analyses of the strengthened beams.
The thermal elasto-plastic analysis for the prediction of welding distortion of a 3 dimensional large-scaled ship structure is a very time-consuming work since the analysis is a nonlinear problem, and a lot of finite elements are needed to simulate the large ship hull block. Generally, 3-D finite elements have been used in the 3-D welding distortion problem to assess precisely the temperature gradient through the thickness direction of the welding plate. As a result of the adoption of 3-D element, degrees of freedom are rapidly increased in the problem to be solved. In this study, to improve the time efficiency of welding thermal elasto-plastic analysis, a layered shell element was proposed to simulate 3-D temperature gradient, and the results were compared with the experiment. The experiments were carried out for the type of bead-on-plate welding, and we found the measured data have a good agreement with the FEA results.
Based on the ideas of variational differential quadrature (VDQ) and finite element method (FEM), a numerical approach named as VDQFEM is applied herein to study the large deformations of plate-type structures under static loading with arbitrary shape hole made of functionally graded graphene platelet-reinforced composite (FG-GPLRC) in the context of higher-order shear deformation theory (HSDT). The material properties of composite are approximated based upon the modified Halpin-Tsai model and rule of mixture. Furthermore, various FG distribution patterns are considered along the thickness direction of plate for GPLs. Using novel vector/matrix relations, the governing equations are derived through a variational approach. The matricized formulation can be efficiently employed in the coding process of numerical methods. In VDQFEM, the space domain of structure is first transformed into a number of finite elements. Then, the VDQ discretization technique is implemented within each element. As the last step, the assemblage procedure is performed to derive the set of governing equations which is solved via the pseudo arc-length continuation algorithm. Also, since HSDT is used herein, the mixed formulation approach is proposed to accommodate the continuity of first-order derivatives on the common boundaries of elements. Rectangular and circular plates under various boundary conditions with circular/rectangular/elliptical cutout are selected to generate the numerical results. In the numerical examples, the effects of geometrical properties and reinforcement with GPL on the nonlinear maximum deflection-transverse load amplitude curve are studied.
Concentrically braced frames (CBFs) possess high stiffness and strength against lateral loads; however, they suffer from low energy absorption capacity against seismic loads due to the susceptibility of CBF diagonal elements to bucking under compression loading. To address this problem, in this study, an innovative damper was proposed and investigated experimentally and numerically. The proposed damper comprises main plates and includes a flange plate angled at θ and a trapezius-shaped web plate surrounded by the plate at the top and bottom sections. To investigate the damper behaviour, dampers with θ = 0°, 30°, 45°, 60°, and 90° were evaluated with different flange plate thicknesses of 10, 15, 20, 25 and 30 mm. Dampers with θ = 0° and 90° create rectangular-shaped and I-shaped shear links, respectively. The results indicate that the damper with θ = 30° exhibits better performance in terms of ultimate strength, stiffness, overstrength, and distribution stress over the damper as compared to dampers with other angles. The hysteresis curves of the dampers confirm that the proposed damper acts as a ductile fuse. Furthermore, the web and flange plates contribute to the shear resistance, with the flange carrying approximately 80% and 10% of the shear force for dampers with θ = 30° and 90°, respectively. Moreover, dampers that have a larger flange-plate shear strength than the shear strength of the web exhibit behaviours in linear and nonlinear zones. In addition, the over-strength obtained for the damper was greater than 1.5 (proposed by AISC for shear links). Relevant relationships are determined to predict and design the damper and the elements outside it.
본 연구에서는 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려한 수치해석방법을 사용하여 여러 매개변수에 대한 강판형교의 동적응답을 연구하였다. 대상교량은 건설교통부에서 제정한 "도로교 상부구조 표준도"에 수록되어 있는 지간이 20 m, 30 m와 40 m인 단순 강판형교를 사용하고, 여러 종류의 도로에 대하여 생성시킨 노면조도를 사용하였다. 차량은 2축과 3축 덤프트럭 및 5축 트랙터-트레일러인 표준트럭(DB-24)을 3차원으로 모델링하고, 교량은 주형을 보요소로, 콘크리트 바닥판은 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 3차원으로 모델링하였다. 이와 같은 차량 및 노면조도를 사용하여 강판형교의 지간별, 통행 차종별 및 노면조도별 충격계수와 DLA를 구하고 각국의 설계기준과 비교 검토하였다.
Sandwich panels comprising steel facings and a polystyrene foam core are increasingly used as roof and wall claddings in buildings in Australia. When they are subjected to loads causing bending and/or axial compression, the steel plate elements of their profiled facing are susceptible to local buckling. However, when compared to panels with no foam core, they demonstrate significantly improved local buckling behaviour because they are supported by foam. In order to quantify such improvements and to validate the use of available design buckling stress formulae, an investigation using finite element analyses and laboratory experiments was carried out on steel plates that are commonly used in Australia of varying yield stress and thickness supported by a polystyrene foam core. This paper presents the details of this investigation, the buckling results and their comparison with available design buckling formulae.
Paper presents an improved solution algorithm based on Finite Element Method to analyse piled raft foundation. Piles are modelled as beam elements with soil springs. Finite element analysis of raft is based on the classical theory of thick plates resting on Winkler foundation that accounts for the transverse shear deformation of the plate. Four node, isoparametric rectangular elements with three degrees of freedom per node are considered in the development of finite element formulation. Independent bilinear shape functions are assumed for displacement and rotational degrees of freedom. Effect of raft thickness, soil modulus and load pattern on the response is considered. Significant improvement in the settlements and moments in the raft is observed.
This paper suggests a method for the analysis of box girders which are subject to the membrane and the plate bending actions, Moreover, the method is applied to the box girders under distributed loads which have various geometrical types of cross sections and are made out of different materials. The approach is based on the finite element technique in which the structure is considered to be a spatial assemblage of flat plate elements and the deformations of the plates are to be approximated with 9-noded parabolic isoparametric elements. The results are summarized as follows. 1.In all models, the larger the widths of top flange inside of web are, the larger the vertical deflections are. 2.The maximum transverse and longitudinal moments in the composite box girders are judged to be larger than those in the RC box girders. 3.The transverse and the longitudinal moments in top flange of composite box. girders are larger than those in that of the RC box girders. 4.The transverse and longitudinal moments in web and bottom flange of the composite box girders are estimated to be very small in compare to those in web and bottom flange of the RC box girders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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