Faisal Baakeel;Mohamed A. Eltaher;Muhammad Adnan Basha;Ammar Melibari;Alaa A. Abdelrhman
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.4
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pp.347-368
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2023
In the first part of this study, a numerical simulation model was developed using the mechanical APDL software to validate the results of the 3D-elastisity theory on the laminated sandwich plate developed by Panago. The numerical simulation model showed a good agreement to the results of Pagano's theory in terms of deflection, normal stresses, and shear stresses. In the second part of this study, the developed numerical simulation model was used to define different plates dimensions and fibers layup orientations to examine the load response in terms of deflection and stresses. Further analysis was implemented on the natural frequencies of laminated xxx plates of the plates. The layup configurations include Unidirectional (UD), Cross-Ply (CP), Quasi-Isotropic (QI), the linear bio-inspired known as Linear-Helicoidal (LH), and the nonlinear bio-inspired known as Fibonacci-Helicoidal (FH). The following numerical simulation model can be used for the design and study of novel, sophisticated bio-inspired composite structures in a variety of configurations subjected to sinusoidal or constant loads.
This article focuses on the static and dynamic analysis and optimization of an anisogrid lattice plate subjected to axial compressive load with simply supported boundary conditions. The lattice plate includes diagonal and transverse ribs and is modeled as an orthotropic plate with effective stiffness properties. The study employs the first-order shear deformation theory and the Ritz method with a Legendre approximation function. In the realm of optimization, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II is utilized as an evolutionary multi-objective algorithm to optimize. The research findings are validated through finite element analysis. Notably, this study addresses the less-explored areas of optimizing the geometric parameters of the plate by maximizing the buckling load and natural frequency while minimizing mass. Furthermore, this study attempts to fill the gap related to the analysis of the post-buckling behavior of lattice plates, which has been conspicuously overlooked in previous research. This has been accomplished by conducting nonlinear analyses and scrutinizing post-buckling diagrams of this type of lattice structure. The efficacy of the continuous methods for analyzing the natural frequency, buckling, and post-buckling of these lattice plates demonstrates that while a degree of accuracy is compromised, it provides a significant amount of computational efficiency.
The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.
This study evaluates the seismic performance of a premodern six story reinforced concrete building typology designed during the communism period of Albania and build throughout the country. During the November 26, 2019 Earthquake in Albania, the most affected reinforced concrete buildings were among the old templates, lacking shear walls and inadequate reinforcement details which suffer from concrete aging. The mathematical model of the selected building is done in the environments of ZeusNL software, developed especially for earthquake engineering applications. The capacity curve of the structure is gained using the conventional static nonlinear analysis. On the other hand, the demand estimation is utilized using one of the recent methods known as Incremental Dynamic Analysis with a set of 18 ground motion records. The limit states in both curves are defined based on the modern guidelines. For the pushover, immediate occupancy (IO), life safety (LS) and collapse prevention (CP) are plotted in the same graph with capacity curve. Furthermore, on each IDA derived, the IO, CP and global instability (GI) are determined. Moreover, the IDA fractiles are generated as suggested by the literature, 16%, 50% (median) and 84%. In addition, the comparative assessment of the IDA median with capacity curve shows good correlation points. Lastly, this study shows the approach of determination of LS in IDA fractiles for further vulnerability assessment based on the local seismic hazard map with 95 and 475 return period.
The susceptibility of Reinforced Concrete (RC) buildings to earthquake-induced damage is a critical concern, primarily attributed to their inadequate seismic performance. The existing earthquake-resistant design code of India prescribes guidelines to minimize seismic damage but does not provide any means for evaluating the actual seismic performance and damage. To ascertain the seismic performance of the structures quantitatively, it is crucial to classify damage into measurable damage states. Damage Index (DI) acts as an important tool for this purpose. Among various procedures for computation of DI, the modified Park and Ang Damage Index appears to be highly accurate. However, the major drawback of this method is that it is lengthy and time-consuming. On the other hand, structural performances can be evaluated using various performance parameters such as interstory drift ratio (IDR), inelastic deformation, etc., as described in FEMA-356 and ASCE-41 17. The present study explores the correlation between seismic DI and structural performance in RC frame buildings designed according to IS code. Sixteen building models, incorporating diverse configurations, are examined using nonlinear static and time history analyses. A simplified equation is developed by regression analysis to predict DI based on IDR, offering a computationally efficient alternative. Validation tests are done to confirm the equation's accuracy. Furthermore, a unified damage scale integrating DI and seismic performance is also proposed for seismic damage evaluation of buildings designed by IS code.
Nanotechnology has emerged as a promising avenue for enhancing musical structures. In this study, we analyze the static behavior of laser harp (i.e., electronic musical instrument) reinforced with Zinc Oxide (ZnO) nanoparticles. Leveraging the piezoelectric properties of ZnO nanoparticles, the structure is subjected to an electric field for intelligent control. The electronic musical structure is situated in a foundation with vertical springs and shear modulus constants. We employ the exponential Shear Deformation Beam Theory (ESDBT) to mathematically model the structure. A micro-electro-mechanical model is employed to determine the equivalent properties of the system. By utilizing nonlinear stress-strain relations, energy methods, and Hamilton's principle, we derive the motion equations. The buckling load of the electronic musical beam is calculated using the Difference Quadrature Method (DQM). The primary objective of this study is to present a mathematical model for electronic musical beams and determining the buckling load of the structure and to investigate the influence of nanotechnology and electric fields on its buckling behavior. The buckling is the case when the structure becomes deforms and unstable. Our findings reveal that the application of negative external voltage to the electronic musical structure increases both the stiffness and the buckling load of the musical system. Furthermore, reinforcing the electronic musical structure with ZnO nanoparticles results in an increased buckling load. Notably, the maximum enhancement in the 28-day compressive and tensile strengths of samples containing zinc oxide nanoparticles compared to the control sample resulting in increases of 18.70% and 3.77%, respectively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1119-1127
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2010
In this paper, the design and nonlinear simulation of a multistable electromagnetic microactuator, which provides four stable equilibrium positions within its operating range, have been discussed. Quadstable actuator motion has been made possible by using both X- and Y-directional bistable structures with snapping curved beams. Two pairs of the curved beams are attached to an inner frame in both X- and Y-directions to realize independent bistable behavior in each direction. For the actuation of the actuator at the micrometer scale, an electromagnetic actuation method in which Lorentz force is taken into consideration was used. By using this method, micrometer-stroke quadstability in a plane parallel to a substrate was possible. The feasibility of designing an actuator that can realize quadstable motion by using the electromagnetic actuation method has been thoroughly clarified by performing nonlinear static and dynamic analyses and electrothermal coupled-field analysis of the multistable microactuator.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.1
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pp.67-76
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2004
This study presents the evaluation of CSM(Capacity Spectrum Method, ATC-40) in developing fragility curves for a sample concrete bridge. The CSM is originally developed as one of the simplified procedures for building structures, while this study adopts the CSM to develop fragility curves of bridge structures. Four(4) different approaches are demonstrated and the fragility curves developed are compared those by the nonlinear time history analysis. Fragility curves in this study are represented by lognormal distribution functions with two parameters and developed as a function of PGA. The sixty(60) ground acceleration time histories for the Los Angeles area developed for the Federal Emergency Management Agency (FEMA) SAC(SEAOC-ATC-CUREe) steel project are used for the bridge analysis. The comparison of fragility curves by the CSM with those by the time history analysis indicates that the agreement is excellent for one of the methods investigated in this study. In this respect. it is recommended that the demand spectrum might be improved according to the guidelines suggested in this study. However, this observation might not always apply, depending on the details of specific bridge characteristic
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.141-148
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2022
In this study, the structural behavior of reinforced concrete members under simultaneous axial and blast loads was analyzed. Nonlinear dynamic analysis verification was performed using the experimental data of panels under fundamental blast load as well as those of reinforced concrete columns subjected to axial and blast loads. Because Autodyn is a program designed only for dynamic analysis, an analysis process is devised to simulate the initial stress state of members under static loads, such as axial loads. A total of 80 nonlinear dynamic finite element analysis procedures were conducted by selecting parameters corresponding to axial load ratios and scaled distances ranging 0%~70% and 1.1~2.0 (depending on the equivalent of TNT), respectively. The structural behavior was compared and analyzed with the corresponding degree of damage and maximum lateral displacement through the changes in axial load ratio and scaled distance. The results show that the maximum lateral displacement decreases due to the increase in column stiffness under axial loads. In view of the foregoing, the formulated analysis process is anticipated to be used in developing blast-resistant design models where structural behavior can be classified into three areas considering axial load ratios of 10%~30%, 30%~50%, and more than 50%.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.4
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pp.65-72
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2022
Recently, damage to buildings due to earthquakes in Korea occurred mainly in school buildings and Piloti-type multi-family houses, highlighting the need for seismic retrofit for buildings of the same type. In the early days of the seismic retrofit project for school facilities, various patented methods using dampers as a ductile seismic retrofit method were applied without sufficient verification procedures. However, in 「School Facility Seismic Performance Evaluation and Retrofit Manual, 2021」, when the patented method is applied, it must be applied through a separate strict verification procedure, and instead, the strength/stiffness retrofit method was induced as a general method. In practice,when evaluating seismic performance for retrofit by infilled steel frame with brace, the analysis model is constructed by directly connecting only the steel brace to the existing RC member. However, if the frame is removed from the analysis model of the infilled steel frame with brace, the force reduction occurring on the existing RC member near the retrofit is considered to be very large, and this is judged to affect the review of whether to retrofit the foundation or not. Therefore, in this study, preliminary analysis with variables such as whether or not steel frame is taken into account and frame link method for the analysis model of RC school building retrofitted by infilled steel frame with brace and nonlinear analysis for actual 3-story school building was performed, and basic data for rational analysis model setting were presented by comparing preliminary analysis and pushover analysis results for each variable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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