For an axially loaded box-shaped member, the width-to-thickness ratio of the plate elements preferably should not be greater than 40 for Q235 steel grades in accordance with the Chinese code GB50017-2003. However, in practical engineering the plate width-to-thickness ratio is up to 120, much more than the limiting value. In this paper, a 3D nonlinear finite element model is developed that accounts for both geometrical imperfections and residual stresses and the ultimate capacity of welded built-up box columns, with larger width-to-thickness ratios of 60, 70, 80, and 100, is simulated. At the same time, the interaction buckling strength of these members is determined using the effective width method recommended in the Chinese code GB50018-2002, Eurocode 3 EN1993-1 and American standard ANSI/AISC 360-10 and the direct strength method developed in recent years. The studies show that the finite element model proposed can simulate the behavior of nonlinear buckling of axially loaded box-shaped members very well. The width-to-thickness ratio of the plate elements in welded box section columns can be enlarged up to 100 for Q235 steel grades. Good agreements are observed between the results obtained from the FEM and direct strength method. The modified direct strength method provides a better estimation of the column strength compared to the direct strength method over the full range of plate width-to-thickness ratio. The Chinese code and Eurocode 3 are overly conservative prediction of column capacity while the American standard provides a better prediction and is slightly conservative for b/t = 60. Therefore, it is suggested that the modified direct strength method should be adopted when revising the Chinese code.
In this paper, experimental and numerical study on a combined sheet metal forming and plate forging of a seal part of a passenger car's hub bearing is conducted to develop the new process of which target is to remove machining process by plate forging and to achieve near-net shape manufacturing. The previous process of a sheet metal forming inevitably needed a machining process for making stepped sheet after conventional sheet metal forming in a progressive way. The stepped sheet is intended to be formed by plate forging in this study. Through the systematic way of developing the combined forming process using solid elements based-elastoplastic finite element method (FEM), several conceptual designs are made and an optimized process design in terms of geometric dimensioning and tolerance of straightness of the thin part is found, which is exposed to bending in metal forming of axisymmetric part. The predicted straightness measured by the slope angle of the tilted thin region is compared with the experimental straightness, showing that they are in a good agreement with each other. Through this study, a systematic approach to optimal process design, based on elastoplastic FEM with solid elements, is established, which will contribute to innovating the conventional small-scaled sheet metal forming processes which can be dealt with by solid elements.
The design of a nuclear reactor core requires basic thermal-hydraulic information concerning the heat transfer regime at which onset of nucleate boiling (ONB) will occur, the pressure drop and flow rate through the reactor core, the temperature and power distributions in the reactor core, the departure from nucleate boiling (DNB), the condition for onset of flow instability (OFI), in addition to, the critical velocity beyond which the fuel elements will collapse. These values depend on coolant velocity, fuel element geometry, inlet temperature, flow direction and water column above the top of the reactor core. Enough safety margins to ONB, DNB and OFI must-emphasized. A heat transfer package is used for calculating convection heat transfer coefficient in single phase turbulent, transition and laminar regimes. The main objective of this paper is to study the possibility of power upgrading of WWR-S research reactor from 2 to 10 MWth. This study presents a one-dimensional mathematical model (axial direction) for steady-state thermal-hydraulic design and analysis of the upgraded WWR-S reactor in which two types of plate fuel elements are employed. FOR-CONV computer program is developed for the needs of the power upgrading of WWR-S reactor up to 10 MWth.
The deterioration of existing bridges has become a major problem around the world. In the paper, a new model and an associated stress checking method are proposed for concrete box girders strengthened by external prestressing. The new model called the spatial grid model can analyze all the spatial behaviors clearly by transforming the box girder into discrete orthogonal grids which are equivalent to plate elements. Then the three-layer stresses are employed as the stress checking indices to evaluate the stress state of the plate elements. The initial stress check before strengthening reveals the cracked and potential cracking areas for existing bridges, making the strengthening design more targeted and scientific; the subsequent stress check after strengthening evaluates the strengthening effect and ensures safety. A deficient bridge is selected as the practical example, verifying the accuracy and applicability of the proposed model and stress checking method. The results show that principal stresses in the middle layer of plate elements reflect the main effects of external prestressing and thus are the key stress checking indices for strengthening. Moreover, principal stresses check should be conducted in all parts of the strengthened structure not only in the webs. As for the local effects of external prestressing especially in the areas near anchorage and deviator, normal stresses check in the outer and inner layers dominates and local strengthening measures should be taken if necessary.
In global competition manufacturing companies have to produce modern, new constructions from advanced materials in order to increase competitiveness. The aim of my research was to develop a new composite cellular plate structure, which can be primarily used for structural elements of road, rail, water and air transport vehicles (e.g. vehicle bodies, ship floors). The new structure is novel and innovative, because all materials of the components of the newly developed structure are composites (laminated Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) deck plates with pultruded Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) stiffeners), furthermore combines the characteristics of sandwich and cellular plate structures. The material of the structure is much more advantageous than traditional steel materials, due mainly to its low density, resulting in weight savings, causing lower fuel consumption and less environmental damage. In the study the optimal construction of a given geometry of a structural element of a road truck trailer body was defined by single- and multi-objective optimization (minimal cost and weight). During the single-objective optimization the Flexible Tolerance Optimization method, while during the multi-objective optimization the Particle Swarm Optimization method were used. Seven design constraints were considered: maximum deflection of the structure, buckling of the composite plates, buckling of the stiffeners, stress in the composite plates, stress in the stiffeners, eigenfrequency of the structure, size constraint for design variables. It was confirmed that the developed structure can be used principally as structural elements of transport vehicles and unit load devices (containers) and can be applied also in building construction.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.3
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pp.227-233
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2010
In this study, a genetic algorithm was utilized to optimize the stacking sequence of a composite plate subjected to a high velocity impact. The aim is to minimize the maximum backplane displacement of the plate. In the finite element model, we idealized the impactor using solid elements and modeled the composite plate by shell elements to reduce the analysis time. Various tests were carried out to investigate the effect of parameters in the genetic algorithm such as the type of variables, population size, number of discrete variables, and mutation probability.
A formulation of the boundary element method (BEM) based on Kirchhoff's hypothesis to analyse stiffened plates composed by beams and slabs with different materials is proposed. The stiffened plate is modelled by a zoned plate, where different values of thickness, Poisson ration and Young's modulus can be defined for each sub-region. The proposed integral representations can be used to analyze the coupled stretching-bending problem, where the membrane effects are taken into account, or to analyze the bending and stretching problems separately. To solve the domain integrals of the integral representation of in-plane displacements, the beams and slabs domains are discretized into cells where the displacements have to be approximated. As the beams cells nodes are adopted coincident to the elements nodes, new independent values arise only in the slabs domain. Some numerical examples are presented and compared to a wellknown finite element code to show the accuracy of the proposed model.
In this paper, three dimensional static and dynamic analyses of two dimensional functionally graded annular sector plates have been investigated. The material properties vary through both the radial and axial directions continuously. Graded finite element and Newmark direct integration methods have been used to solve the 3D-elasticity equations in time and space domains. The effects of power law exponents and different boundary conditions on the behavior of FGM annular sector plate have been investigated. Results show that using 2D-FGMs and graded elements have superiority over the homogenous elements and 1D-FGMs. The model has been compared with the result of a 1D-FGM annular sector plate and it shows good agreement.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.486-489
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2006
This paper presents a newly proposed object-oriented finite element framework and its applications on dynamic analysis of plate girder bridge. The developed framework supports various types of finite elements, materials, constraints, loads, and solution methods. One major feature different from other object-oriented finite element programs is that static model and dynamic state can be easily read from or written to a file. In addition, the framework supports efficient DOF pattern handling for a node connecting elements with different DOF patterns, new multi-point constraint handling, and various scripting languages for easy use of the library. In order to show the applicability to dynamic analysis, dynamic moving load analysis on plate girder bridge is performed.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.04a
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pp.89-94
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2000
Because the structural elements used in the automobile, astronautic and ship industries are put in dynamic loading environments, much interest is given to the damping of the structural elements, as well as high flexural rigidity and strength per density. Therefore, in this study, the structural damping value of the aluminum honeycomb sandwich plate(AHCP) has been experimentally extracted, and directly applied to the finite element, for the dynamic analysis of the plate considering the structural damping. The analysis results of this theory was compared with the results of the actual modal analysis method. It was observable that the two analyses concurred, establishing the structural damping and analysis method of the AHSP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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