Petrolo, Marco;Carrera, Erasmo;Alawami, Ali Saeghier Ali Saeed
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.3
no.1
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pp.95-112
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2016
This paper presents the free vibration analysis of damaged beams by means of 1D (beam) advanced finite element models. The present 1D formulation stems from the Carrera Unified Formulation (CUF), and it leads to a Component-Wise (CW) modelling. By means of the CUF, any order 2D and 1D structural models can be developed in a unified and hierarchical manner, and they provide extremely accurate results with very low computational costs. The computational cost reduction in terms of total amount of DOFs ranges from 10 to 100 times less than shell and solid models, respectively. The CW provides a detailed physical description of the real structure since each component can be modelled with its material characteristics, that is, no homogenization techniques are required. Furthermore, although 1D models are exploited, the problem unknown variables can be placed on the physical surfaces of the real 3D model. No artificial surfaces or lines have to be defined to build the structural model. Global and local damages are introduced by decreasing the stiffness properties of the material in the damaged regions. The results show that the proposed 1D models can deal with damaged structures as accurately as a shell or a solid model, but with far lower computational costs. Furthermore, it is shown how the presence of damages can lead to shell-like modal shapes and torsional/bending coupling.
The design codes and calculation methods related to soil-steel composite bridges and culverts only specify the minimum soil cover depth. This value is connected with the bridge span and shell height. In the case of static and dynamic loads (like passing vehicles), such approach seems to be quite reasonable. However, it is important to know how the soil cover depth affects the behaviour of soil-steel composite bridges under seismic excitation. This paper presents the results of a numerical study of soil-steel bridges with different soil cover depths (1.00, 2.00, 2.40, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00 and 7.00 m) under seismic excitation. In addition, the same soil cover depths with different boundary conditions of the soil-steel bridge were analysed. The analysed bridge has two closed pipe-arches in its cross section. The load-carrying structure was constructed as two shells assembled from corrugated steel plate sheets, designed with a depth of 0.05 m, pitch of 0.15 m, and plate thickness of 0.003 m. The shell span is 4.40 m, and the shell height is 2.80 m. Numerical analysis was conducted using the DIANA programme based on the finite element method. A nonlinear model with El Centro records and the time history method was used to analyse the problem.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.30
no.2
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pp.67-81
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1988
The purpose of the present study is to set up an efficient optimum design method for the large-scale reinforced concrete cylindrical shell structures like intake tower of reservoir and to establish a solid foundation for the automatic optimum structural design combined with finite element analysis. The major design variables are the dimensions and steel areas of each member of the structures. The construction cost which is composed of the concrete, steel, and form work costs, respectively, is taken as the objective function. The constraint equations for the design of intake-tower are derived on the basis of the working stress design method. The corresponding design guides including the standard specification for concrete structures have been also employed in deraving the constraint conditions. The present nonlinear optimization problem is solved by SUMT method. The reinforced concrete intake-tower is decomposed into three major substructures. The optimization is then conducted for both the whole structure and the substructures. The following conclusions can be drawn from the present study. 1. The basis of automatic optimum design of reinforced concrete cylindrical shell structures which is combined with finite element analysis was established. 2. The efficient optimization algorithms which can execute the automatic optimum desigh of reinforced concrete intake-tower based on the working stress design method were developed. 3. Since the objective function and design variables were converged to their optimum values within the first or second iteration, the optImization algorithms developed in this study seem to be efficient and stable. 4. The difference in construction cost between the optimum designs with the substructures and with the entire structure was found to be small and thus the optimum design with the substructures,rnay conveniently be used in practical design. 5. The major active constraints of each structural member were found to be the tensile stress insteel for salb, the minimum lonitudinal steel ratio constraints for tower body and the shearing stress in concrete, tensile stress in steel and maximum eccentricityconstraints for footing, respectively. 6. The computer program develope in the present study can be effectively used even by an unexperienced designer for the optimum design of reinforced concrete intake-tower.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1900-1907
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2012
Since the subpanels of polygonal-section shell have the corners of an obtuse angle larger than 90 degree unlike general plate or box-section structures, this could have an influence on forming nodal lines against local plate buckling or stress distributions. However, there is not sufficient material in the relevant study results or design recommendations. The very feasible models of the initial imperfections were acquired through the literature studies and then the parametric studies were conducted along with the initial imperfection models by using the finite element method. The parameters like the size of residual stresses, the portion of compressive residual stresses, and steel grades were considered. From the parametric studies, it was found that the maximum residual stress is more influential factor than the distribution pattern of residual stresses. In addition, The design strength equations for the simply supported plates can be applicable to the determination of the local buckling strength of the polygonal cross-section shell structures.
The deformation and dynamic behavior mechanism of submerged shell-like lattice structures with membranes are in principle of a non-conservative nature as circulatory system under hydrostatic pressure and disturbance forces of various types, existing in a marine environment. This paper deals with a characteristic analysis on quasi-periodic and chaotic behavior of a circular arch under follower forces with small disturbances. The stability region chart of the disturbed equilibrium in an excitation field was calculated numerically. Then, the periodic and chaotic behaviors of a circular arch were investigated by executing the time histories of motion, power spectrum, phase plane portraits and the Poincare section. According to the results of these studies, the state of a dynamic aspect scenario of a circular arch could be shifted from one of quasi-oscillatory motion to one of chaotic motion. Moreover, the correlation dimension of fractal dynamics was calculated corresponding to stochastic behaviors of a circular arch. This research indicates the possibility of making use of the correlation dimension as a stability index.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.1
no.2
s.2
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pp.75-83
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2001
The characteristics of structural behavior for a cable dome shows a strong nonlinearity and very sensitive by the initial imperfection. The instability phenomenon of Geiger-type cable dome structure is generated due to the in-plane twisting near the critical load level. In this study, therefore, the effect of bracing reinforcement resisting to the in-plane twisting is investigated for the Geiger-type model reinforced by bracing. The effect of initial imperfection is also studied because the structural instability phenomenon of shell-like structure is very sensitive according to the initial condition.
Many papers which deal with the dynamic instability of shell-like structures under the STEP load have been published. But, there have been few papers related to the dynamic instability of hybrid cable domes. In this study, the dynamic instability of hybrid cable domes considering geometric nonlinearity is investigated by a numerical method. The characteristic structural behaviour of a cable dome shows a strong nonlinearity, so we determine the shape of a cable dome by applying initial stress and examine the indirect buckling mechanism under dynamic external forces. The dynamic critical loads are determined by the numerical integration of the nonlinear equation of motion, and the indirect buckling is examined by using the phase plane to investigate the occurrence of chaos.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.1
no.2
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pp.95-100
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2009
As ships become larger, thicker and higher tensile steel plate are used in shipyard. Though special chemical compositions are required for high-tensile steels, recently they are made by the TMCP (Thermo-Mechanical control process) methodology. The increased Yield / Tensile strength of TMCP steels compared to the normalized steel of same composition are induced by suppressing the formation of Ferrite and Pearlite in favor of strong and tough Bainite while being transformed from Austenite. But this Bainite phase could be vanished by another additional thermal cycle like welding and heating. As thermal deformations are deeply related by yield stress of material, the study for prediction of plate deformation by heating should niflect the principle of TMCP steels. The present study is related to the development of an algorithm which could calculate inherent strain. In this algorithm, not only the mechanical principles of thermal deformations, but also the initial portion of Bainite is considered when calculating inherent strain. Distortion analysis results by these values showed good agreements with experimental results for normalized steels and TMCP steels during welding and heating. This algorithm has also been used to create an inherent strain database of steels in Class rule.
Seo, Eun-Seok;Kim, Bong-Joo;Hong, Sang-Hun;Kim, Han-Nah;Jung, Ui-In
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2020.06a
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pp.75-76
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2020
Use fire resistant construction methods, of which fire resistant boards are used to protect buildings and structures from fire. However, in the case of fire resistant boards, the unit price of the main raw material is high and the cost efficiency is low. There have been studies to apply oyster shells to fire resistant boards to solve these problems. On the other hand, egg shells are also considered to be applicable to fire-resistant boards with components like oyster shells, but there is no case of using egg shells as building materials. Therefore, in this study, we confirmed the physical properties of egg shell powers used as mortar filler and compared them with the fire resistant board flexural strength standard. As a result, it was judged that the powder of egg shells could be used as a building material, because the standards for the flexural strength of fire resistant boards were satisfied except for a part.
Static stability is a decisive factor in the design of domes. Stability-related external factors, such as load and supports, are incorporated into structural vulnerability theory by the definition of a relative rate of joint well-formedness ($r_r$). Hence, the instability mechanism of domes can be revealed. To improve stability, an optimization model against instability, which takes the maximization of the lowest $r_r$ ($r_{r,min}$) as the objective and the discrete member sections as the variables, is established with constraints on the design requirements and steel consumption. Optimizations are performed on two real-life Kiewitt-6 model domes with a span of 23.4 m and rise of 11.7 m, which are initially constructed for shaking table collapse test. Well-formedness analyses and stability calculation (via arc-length method) of the models throughout the optimization history demonstrate that this proposed method can effectively enhance $r_{r,min}$ and optimize the static stability of shell-like structures. Additionally, seismic performance of the optimum models subjected to the same earthquake as in the shaking table test is checked. The supplemental simulations prove that the optimum models are superior to the original models under earthquake load as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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