The stress and vibration analysis of stiffened box structure is investigated by experiment and FEM analysis. The effects of stiffener number and box section shape on the structure response are presneted. The 1st natural frequency of stiffened folded byx structure with a stiffeners is 300 Hz. It is highter than that of stiffened rectangular box structure with 5 stiffeners, which is 251 Hz. Maximum deflection of folded box structure with thickness of 1 mm is lower than that of rectangular box structure with thickness of 1 or 2 mm. The natural frequencies of box structures are increeased with the number of stiffener, while the deflections are decreased with the number of box structures. When we compare between fundamental frequency (251 Hz) of stiffened (with 5 stiffeners) and one (137.64 Hz) of unstiffened rectangular box structure under clamped-clamped boundary condition, the ratio of frequency increase is 82%. The stiffened structures of 2 mm thickness can reduced to 120% of maximum deflection of 1 mm thickness rectangular box structures.
The effects of stiffeners on the modal characteristics of rectangular plates are investigated. A modeling method for the modal analysis of rectangular plates with stiffeners is presented. A mass density Dirac's delta function is used to idealize the stiffeners mathematically. The equations of motion for the plates are derived and transformed into a dimensionless form. To confirm the accuracy of the method presented in this study, numerical result are obtained and compared to those of a commercial program. The mode shape variations due to some parameter variations are also exhibited.
Due to the many advantages of concrete-filled double steel tube (CFDT) columns, they are highly recommended for use in heavy-load structures such as bridges, subway stations, and high-rise buildings. This study was carried out with the aim of numerically investigating and comparing the performance of CFDT columns under cyclic and seismic loads and providing innovative strengthening methods for CFDT columns. Hollow circular steel sections have been used for internal and external tubes. To make the circular CFDT columns stronger against seismic loads, stiffeners with different shapes (rectangular and T-shaped sheets) have been welded to the outside and inside tubes. The validated finite element (FE) model of the ABAQUS program is used to look into the behavior of CFDT columns numerically. Two frames of 10 and 20 floors with strengthened CFDT columns were modeled. The results showed that the use of stiffeners in the CFDT column has a significant effect on seismic performance, so that the maximum lateral load of the column is increased up to 32.74% under the effect of cyclic load. Also, the results revealed that the use of stiffeners in the columns of moderate and high-rise building frames causes a significant increase in the shear of the base and consequently the stiffness. Among the other important results that followed, it reduced the drift of floors and increased energy absorption.
The purpose of this study was to analyze the vibro-acoustic characteristics of a stiffened rectangular plate at high frequencies. The stiffeners attached along the plate surface were assumed to have rotational and translational stiffness and inertia. The harmonic response of the stiffened plate were predicted and compared using the Rayleigh-Ritz method with two different trial functions - polynomial and beam functions. The variation of the spatially averaged mean square velocity and the modal characteristics with the number of stiffeners were obtained. The use of the beam function ensured fast convergence which was essential for analyzing the high frequency vibration responses. Using the calculated modal characteristics and the Rayleigh-integral, the radiated sound power was predicted, and the effects of stiffeners were investigated. The proposed model can be applied to study optimal layout of stiffeners for minimal noise generation of the stiffened structures.
Zarsav, Saman;Zahrai, Seyed Mehdi;Oskouei, Asghar Vatani
Structural Engineering and Mechanics
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제57권6호
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pp.1051-1064
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2016
Link-to-column connections in Eccentrically Braced Frames (EBFs) have critical role in their safety and seismic performance. Accordingly, in this study, contribution of supplemental stiffeners on hysteretic behavior of the link-to-column connection is investigated. Considered stiffeners are placed on both sides and parallel to the link web between the column face and the first stiffener of the link. Hysteretic behaviors of the link beams with supplemental stiffeners are numerically investigated using a pre-validated numerical model in ANSYS. It turned out that supplemental stiffeners can change energy dissipation mechanism of intermediate links from shear-flexure to shear. Both rectangular and trapezoidal supplemental stiffeners are studied. Moreover, optimal placement of the supplemental stiffeners is also investigated. Obtained results indicate a discrepancy of less than 9% in maximum link shear of the numerical and experimental specimens. This indicates that the numerical results are in good agreement with those obtained from the test. Trapezoidal supplemental stiffeners improve rotational capacity of the link. Moreover, use of two supplemental stiffeners at both ends of the link can more effectively improve hysteretic behavior of intermediate links. Supplemental stiffeners would also alleviate the imposed demands on the connections. This latter feature is more pronounced in the case of two supplemental stiffeners at both ends of the link.
The vibration analysis of a rectangular plate with stiffeners is formulated by using the transfer stiffness coefficient method (TSCM). This method is based on the concept of the successive transmission of stiffness coefficients which are defined as the relationship between the force vector and the displacement vector at an arbitrary nodal line. In order to confirm the validity of the present method, bending vibration analysis for a rectangular plate with stiffener is carried out on a personal computer by using the present method and the finite element method (FEM). Through comparing computational results of the TSCM and the FEM, the effectivness of the TSCM from the viewpoint of computational cost, that is, computational time and storage is demonstrated.
The stiffeners, also known as ribs, are utilized to increase the resistance of T-stubs. The author's previous studies showed that stiffeners can increase plastic capacity by an average of 1.71 times. A combined experimental and numerical study was undertaken to examine the effects of the stiffener configuration on the behavior of T-stubs. A total of 20 stiffened T-stubs where the shape and angle of stiffeners were considered as the main parameters were tested under monotonic loading. Rectangular, triangular and AISC types of stiffener were tested under monotonic loading. The experimental results indicated that when the height of the stiffener is equal to or higher than the length of the stiffener, the shape of the stiffener does not have an influence on the behavior. A numerical study using the finite element tool ABAQUS was carried out in order to further investigate the effects of the stiffener shapes. In this case, the height is considered less than the length of the stiffener. Moreover, the shape of the stiffeners was investigated with the different thicknesses of the stiffener. The simulation findings revealed that when the height of the stiffener is less than the length of the stiffener, the shape of the stiffener significantly affects the plastic capacity. Based on the numerical and experimental results, it is recommended to use the triangular shape of the stiffener when height is equal to or higher than the length of the stiffener while it is recommended to utilize the rectangular shape of the stiffener when height is less than the length of the stiffener.
The velocity response of stiffened rectangular plate under high velocity impact was studied. Numerical simulation was conducted on the stiffened plate with four stiffeners under various impact positions. Considered stiffener types were rib, I, hat and T stiffener. For the center impact position of I stiffened plate, the simulated residual velocity was 365.6 m/s with the initial projectile velocity 500 m/s. The reinforcing characteristic of I stiffened plate was excellent among four stiffeners.
본 논문은 면내휨을 받는 2변 탄성지지 2변 단순지지 보강장방형판에 대한 유한요소법을 이용하고, 비보강장방형판에 대해 고전적 해석법에 의해 좌굴해석한 것이다. 4변 단순지지, 2변 단순지지 및 2변 고정 장방형 판에 대해 기존해와 고전적 해석해 및 유한요소해을 비교하여 고전적 해석방법 및 유한요소법의 신뢰도를 입증하였다. 장방형 보강재의 뒤틀림 강성은 무시될 수 있으므로 탄성지지변의 보강재는 뒤틀림의 영향을 파악하기 위해 I형을 사용하였다. 탄성지지변을 갖는 장방형 판의 좌굴강도가 비틀림 강성 및 뒤틀림 강성에 따라 유한요소법 및 고전적 해석법에 의해 계산되고 비교되었다. 판의 지지변 사이에 보강재가 있는 경우 4변 단순지지, 2변 단순지지 및 2변 고정 보강장방형판에 대해 유한요소법에 의한 좌굴강도는 장방형판요소와 비틀림 및 뒤틀림을 고려한 보요소의 강성매트릭스를 조합하여 고유치 문제를 풀므로써 계산될 수 있다. 유한요소법에 의해 지지변 사이의 장방형 보강재 위치와 지지변 상의 I형 보강재의 비틀림(J) 및 뒤틀림 상수 (I/sub W/)에 따른 보강장방형판의 좌굴강도를 구하여 비교하고 효율적인 보강재의 위치를 결정하였다.
한 방향으로 상자형 단면을 갖는 보강재로 보강된 복합재료 사각판에 대한 고유진동수 및 한 방향 압축, 양방향압축, 양 또는 음의 전단하중에 대한 임계좌굴하중에 대한 이론적 해석을 위해 에너지법을 기초로 한 Rayleigh-Ritz 과정이 이용되었다. 해석과정에서 판 구조물에서의 보강재에 의한 보강효과를 표현하기 위해 이산보강이론이 도입되었다. 해의 정확도를 검증하기 위해 수렴성 검토가 이루어졌으며, 몇 가지 예에 대해 진동 및 좌굴모드형상의 contour plot이 제시되었다. 보강재의 수, 위치, 형상비와 판의 적층각, 형상비 등과 같은 변수에 따른 영향을 중점적으로 설명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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