This paper presents a new method to compute the shear strength of composited structural B-C-W members. These B-C-W members, defined as concrete-filled steel box beams, columns and shear walls, consist of a slender rectangular steel plate box filled with concrete and inserted steel plates connecting the two long-side steel plates. These structural elements are intended to be used in structural members of super-tall buildings and nuclear safety-related structures. The concrete confined by the steel plate acts to be in a multi-axial stressed state: therefore, its shear strength was calculated on the basis of a concrete's failure criterion model. The shear strength of the steel plates on the long sides of the structural element was computed using the von Mises plastic strength theory without taking into account the buckling of the steel plate. The spacing and strength of the inserted plates to induce plate yielding before buckling was determined using elastic plate theory. Therefore, a predictive method to compute the shear strength of composited structural B-C-W members without considering the shear span ratio was obtained. A coefficient considering the influence of the shear span ratio was introduced into the formula to compute the anti-lateral bearing capacity of composited structural B-C-W members. Comparisons were made between the numerical results and the test results along with this method to predict the anti-lateral bearing capacity of concrete-filled steel box walls. Nonlinear static analysis of concrete-filled steel box walls was also conducted by using ABAQUS and the results agreed well with the experimental data.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.7
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pp.578-583
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2011
We report on the design of a holographic homogenizer composed of a periodic hologram and a condensing lens. If the hologram is periodic, the homogenizer is free from the alignment error of the incident laser beam. Holographic homogenizer also has an advantage of the flexibility in the size of the target beam. We calculated theoretically the Fraunhofer diffracted wave function when a rectangular laser beam is incident on a periodic hologram. The diffracted wave is the sum of sinc functions at regular distance. The width of each sinc function depends on the size of the incident laser beam and the distance between the sinc functions depends on the period of the hologram. We calculated numerically the diffracted light intensity for various ratios of the size of the incident laser beam to the period of the hologram. The results show that it is possible to make the diffracted beam uniform at a certain value of the ratio. The uniformity is high at the central part of the target area and low near the edge. The more sinc functions are included in the target area, the larger portion of the area becomes uniform and the higher is the uniformity at the central part. Therefore, we can make efficient homogenizer if we design a hologram so that the maximum number of the diffracted beams may be included in the target area.
Torres, Lluis;Barris, Cristina;Kaklauskas, Gintaris;Gribniak, Viktor
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.997-1016
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2015
The contribution of tensioned concrete between cracks (tension-stiffening) cannot be ignored when analysing deformation of reinforced concrete elements. The tension-stiffening effect is crucial when it comes to adequately estimating the load-deformation response of steel reinforced concrete and the more recently appeared fibre reinforced polymer (FRP) reinforced concrete. This paper presents a unified methodology for numerical modelling of the tension-stiffening effect in steel as well as FRP reinforced flexural members using the concept of equivalent deformation modulus and the smeared crack approach to obtain a modified stress-strain relation of the reinforcement. A closed-form solution for the equivalent secant modulus of deformation of the tensioned reinforcement is proposed for rectangular sections taking the Eurocode 2 curvature prediction technique as the reference. Using equations based on general principles of structural mechanics, the main influencing parameters are obtained. It is found that the ratio between the equivalent stiffness and the initial stiffness basically depends on the product of the modular ratio and reinforcement ratio ($n{\rho}$), the effective-to-total depth ratio (d/h), and the level of loading. The proposed methodology is adequate for numerical modelling of tension-stiffening for different FRP and steel reinforcement, under both service and ultimate conditions. Comparison of the predicted and experimental data obtained by the authors indicates that the proposed methodology is capable to adequately model the tension-stiffening effect in beams reinforced with FRP or steel bars within wide range of loading.
The previous studies reflected the significant effect of neutral-axis position and coupling of in-plane and out-of-plane displacements on behavior of functionally graded (FG) nanobeams. In thin FG beam, this coupling can be eliminated by a proper choice of the reference axis. In shear deformable FG nanobeam, not only this coupling can't be eliminated but also the position of neutral-axis is dependent on through-thickness distribution of shear strain. For the first time, in this paper it is avoided to guess a shear strain shape function and the exact shape function and consequently the exact position of neutral axis for arbitrary gradation of higher order nanobeam are obtained. This paper presents new methodology based on differential transform and collocation methods to solve coupled partial differential equations of motion without any simplifications. Using exact position of neutral axis and higher order beam kinematics as well as satisfying equilibrium equations and traction-free conditions without shear correction factor requirement yields to better results in comparison to the previously published results in literature. The classical rule of mixture and Mori-Tanaka homogenization scheme are considered. The Eringen's nonlocal continuum theory is applied to capture the small scale effects. For the first time, the dependency of exact position of neutral axis on length to thickness ratio is investigated. The effects of small scale, length to thickness ratio, Poisson's ratio, inhomogeneity of materials and various end conditions on vibration and buckling of local and nonlocal FG beams are investigated. Moreover, the effect of axial load on natural frequencies of the first modes is examined. After degeneration of the governing equations, the exact new formulas for homogeneous nanobeams are computed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.281-291
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2002
This paper describes the minimum cost design of prestressed reinforced concrete (PRC) hem with rectangular section. The cost of construction as objective function which includes the costs of concrete, prestressing steel, non prestressing steel, and formwork is minimized. The design constraints include limits on the minimum deflection, flexural and shear strengths, in addition to ductility requirements, and upper-Lower bounds on design variables as stipulated by the specification. The optimization is carried out using the methods based on discretized continuum-type optimality criteria(DCOC). Based on Kuhn-Tucker necessary conditions, the optimality criteria are explicitly derived in terms of the design variables - effective depth, eccentricity of prestressing steel and non prestressing steel ratio. The prestressing profile is prescribed by parabolic functions. In this paper the effective depth is considered to be freely-varying and one uniform for the entire multispan beam respectively. Also the maximum eccentricity of prestressing force is considered in every span. In order to show the applicability and efficiency of the derived algorithm, several numerical examples of PRC continuous beams are solved.
To investigate influence of the incident beams which have the truncated Gaussian amplitude and of the shapes of bump on read-out signal is an optical disc, and the point spread function on bump, the scalar diffraction theory is used in this paper. We consider the truncated Gaussian amplitudes which are $\sigma$=0, 0.5, 1.5, and 2.5, the height of bump which is given by $n{\Delta}_0={\lambda}/4$, and the phase height of bump which is then given by ${\Phi}_0={\pi}$. We also consider the shapes of the bump which are a rectangular shape, a frustoconical shape, and a conical shape. It is shown that as the truncation of incident beam reduces the radius of central spot on bump decreases, the maximum value of read-out signal increases, and that the size of bump decreases. From these results, we get better read-out signal and the reduced cross-talk in optical disc when the truncation of incident beam reduces. Therefore a laser beam having less truncated Gaussian amplitude may useful for an actual optical disc.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.21
no.11
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pp.1248-1258
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2010
In this paper, a method for simultaneously realizing the sum and difference patterns which are required in the monopulse radar sensor systems, is presented by using single taper array antenna with rectangular microstrip patches. The widths of patches are first determined by the voltage weights which are synthesized for the fundamental array factor patterns to be applied to the monopulse operation by using the sidelobe levels(SLLs) control technique. As the bi-directionally series-fed technique is applied and the lengths of connecting lines between patches are appropriately adjusted, the single array generates two phase-shifted beams which activates out-of-phase and in-phase ports of a $180^{\circ}$ hybrid coupler to synthesize the sum and difference patterns. The simulated results on the configuration designed at 9.5 GHz are compared with measured results showing the validity of the proposed method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.3
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pp.190-198
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2013
In order to predict acoustic pressure distributions by exterior incident wave at Cylindrical Hydrophone Array (CHA) sensor's positions, acoustic pressure analysis is performed by using beam tracing method. Beam tracing method is well-known of reliable pressure analysis methods at high-frequency range. When an acoustic noise source is located at the center of rectangular room, acoustic pressure analysis is performed by using both beam tracing method and Power Flow Boundary Element Method (PFBEM). By comparing with results of beam tracing method and those of PFBEM, the accuracy of beam tracing method is verified. We develop the CHA pressure analysis program by verified beam tracing method. The developed software is composed of model input, sensor array creator, analysis option, solver and post-processor. We can choose a model option of 2D or 3D. The sensor array generator is connected to a sonar which is composed of center position, bottom, top and angle between sensors. We also can choose an analysis option such as analysis frequency, beam number, reflect number, etc. The solver module calculates the ray paths, acoustic pressure and result of generating beams. We apply the program to 2D and 3D CHA models, and their results are reliable.
In this study, the seismic details of a concrete-encased, U-shaped steel beam-to-RC column connection were developed. Three specimens of the beam-to-column connection were tested under cyclic loading to evaluate the seismic performance of the connection. The test parameters were the beam depth and the column section shape. The depths of the composite beams were 610 and 710 mm, including the slab depth. For the RC columns, a square section and a circular section were used. Special details using diagonal re-bars and exterior diaphragm plates were used to strengthen the connections with the rectangular and circular columns, respectively. The test results showed that the specimens exhibited good strength, deformation, and energy dissipation capacities. The deformation capacity exceeded 4% interstory drift angle, which is the requirement for the Special Moment Frame.
The aeroelastic stability analysis of composite bearingless rotors is investigated using a large deflection beam theory in hover. The bearingless rotor configuration consists of a single flexbeam with a wrap-around type torque tube and the pitch links located at the leading edge and trailing edge of the torque tube. The outboard main blade, flexbeam and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing flap bending, lead-lag bending, elastic twist and axial deflections, which are discretized into beam finite elements. For the analysis of composite bearingless rotors, flexbeam is assumed to be a rectangular section made of laminate. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used for aerodynamic computation. The finite element equations of motion for beams are obtained from Hamilton's principle. The p-k method is used to determine aeroelastic stability boundary. Numerical results are presented for selected bearingless rotor configurations based on the lay-up of laminae in the flexbeam and pitch links location. A systematic study is made to identify the importance of the stiffness coupling terms on aeroelastic stability for various fiber orientation and for different configuration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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