The paper presents shear lag parameters for beam-to-column connections in steel box piers. Previous researches have analyzed beam-to-column connections in steel piers using a shear lag parameter ${\eta}_o$ obtained from a simple beam model, which is not based on a reasonable design assumption. Instead, the current paper proposes a cantilever beam model and has proved the effectiveness through theoretical and experimental studies. The paper examines the inaccuracy of the previous researches by estimating the effective width, the width-span length ratio L/b, and the sectional area ratio S of a cantilever beam. Two different shear lag parameters are defined using the cantilever model and the results are compared each other. The first type of shear lag parameter ${\eta}_c$ of a cantilever beam is derived using additional moments from various stress distribution functions while the other shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ of a cantilever beam is defined based on the concept of the effective width. An evaluation method for shear lag stresses has been investigated by comparing analytical stresses with test results. Through the study, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ agrees with ${\eta}_c$ obtained from the $2^{nd}$ order stress distribution function. Also, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_c$ using the $4^{th}$ order stress distribution function almost converges to the upper bound of test results.
The component method is an analytical approach for investigating the moment-rotation relationship of steel connections. In this study, the component method was improved from two aspects: (i) load analysis of mechanical model; and (ii) combination of spring elements. An optimized component method with more reasonable component models, spring arrangement position, and boundary conditions was developed using finite element analysis. An experimental testing program in two major-axis and two minor-axis connections under symmetrically loading was carried out to verify this method. The initial rotational stiffness obtained from the optimized component method was consistent with the experimental results. It can be concluded that (i) The coupling stiffness between column and beam flanges significantly affects the effective height of the tensile-column web. (ii) The mechanical properties of the bending components were obtained using an equivalent t-stub model considering the bending capacity of bolts. (iii) Using the optimized mechanical components, the initial rotational stiffness was accurately calculated using the spring system. (iv) The characteristics of moment-rotation relationship for beam to column connections were effectively expressed by the SPRING element analysis model using ABAQUS. The calculations are simpler, and the results are accurate.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.44
no.4
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pp.12-22
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2021
This article suggests the machine learning model, i.e., classifier, for predicting the production quality of free-machining 303-series stainless steel(STS303) small rolling wire rods according to the operating condition of the manufacturing process. For the development of the classifier, manufacturing data for 37 operating variables were collected from the manufacturing execution system(MES) of Company S, and the 12 types of derived variables were generated based on literature review and interviews with field experts. This research was performed with data preprocessing, exploratory data analysis, feature selection, machine learning modeling, and the evaluation of alternative models. In the preprocessing stage, missing values and outliers are removed, and oversampling using SMOTE(Synthetic oversampling technique) to resolve data imbalance. Features are selected by variable importance of LASSO(Least absolute shrinkage and selection operator) regression, extreme gradient boosting(XGBoost), and random forest models. Finally, logistic regression, support vector machine(SVM), random forest, and XGBoost are developed as a classifier to predict the adequate or defective products with new operating conditions. The optimal hyper-parameters for each model are investigated by the grid search and random search methods based on k-fold cross-validation. As a result of the experiment, XGBoost showed relatively high predictive performance compared to other models with an accuracy of 0.9929, specificity of 0.9372, F1-score of 0.9963, and logarithmic loss of 0.0209. The classifier developed in this study is expected to improve productivity by enabling effective management of the manufacturing process for the STS303 small rolling wire rods.
When a building suffers damages under moderate to severe loading condition, its physical properties such as damping and stiffness parameters will change. There are different practical methods besides various numerical procedures that have successfully detected a range of these changes. Almost all the previous proposed methods used to work with translational components of mode shapes, probably because extracting these components is more common in vibrational tests. This study set out to investigate the influence of using both rotational and translational components of mode shapes, in detecting damages in 3-D steel structures elements. Three different sets of measured components of mode shapes are examined: translational, rotational, and also rotational/translational components in all joints. In order to validate our assumptions two different steel frames with three damage scenarios are considered. An iterative model updating program is developed in the MATLAB software that uses the OpenSees as its finite element analysis engine. Extensive analysis shows that employing rotational components results in more precise prediction of damage location and its intensity. Since measuring rotational components of mode shapes still is not very convenient, modal dynamic expansion technique is applied to generate rotational components from measured translational ones. The findings indicated that the developed model updating program is really efficient in damage detection even with generated data and considering noise effects. Moreover, methods which use rotational components of mode shapes can predict damage's location and its intensity more precisely than the ones which only work with translational data.
Miranda, Marcela P.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.617-631
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2022
In this paper the viscoelastic responses of four experimental steel-concrete composite beams subjected to highly variable environmental conditions are investigated by means of a finite element (FE) model. Concrete specimens submitted to stepped stress changes are also evaluated to validate the current formulations. Here, two well-known approaches commonly used to solve the viscoelastic constitutive relationship for concrete are employed. The first approach directly solves the integral-type form of the constitutive equation at the macroscopic level, in which aging is included by updating material properties. The second approach is postulated from a rate-type law based on an age-independent Generalized Kelvin rheological model together with Solidification Theory, using a micromechanical based approach. Thus, conceptually both approaches include concrete hardening in two different manners. The aim of this work is to compare and analyze the numerical prediction in terms of long-term deflections of the studied specimens according to both approaches. To accomplish this goal, the performance of several well-known model codes for concrete creep and shrinkage such as ACI 209, CEB-MC90, CEB-MC99, B3, GL 2000 and FIB-2010 are evaluated by means of statistical bias indicators. It is shown that both approaches with minor differences acceptably match the long-term experimental deflection and are able to capture complex oscillatory responses due to variable temperature and relative humidity. Nevertheless, the use of an age-independent scheme as proposed by Solidification Theory may be computationally more advantageous.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.4
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pp.577-586
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2022
Detection and classification of steel surface defects are critical for product quality control in the steel industry. However, due to its low accuracy and slow speed, the traditional approach cannot be effectively used in a production line. The current, widely used algorithm (based on deep learning) has an accuracy problem, and there are still rooms for development. This paper proposes a method of steel surface defect detection combining EfficientNetV2 for image classification and YOLOv5 as an object detector. Shorter training time and high accuracy are advantages of this model. Firstly, the image input into EfficientNetV2 model classifies defect classes and predicts probability of having defects. If the probability of having a defect is less than 0.25, the algorithm directly recognizes that the sample has no defects. Otherwise, the samples are further input into YOLOv5 to accomplish the defect detection process on the metal surface. Experiments show that proposed model has good performance on the NEU dataset with an accuracy of 98.3%. Simultaneously, the average training speed is shorter than other models.
S.H. Lee;D.J. Park;J.H. Song;C.H. Lee;J.M. Lee;T. Lee
Transactions of Materials Processing
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v.33
no.5
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pp.348-353
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2024
The S355NL steel has garnered attention as a structural material for applications in extremely challenging environments owing to its excellent mechanical properties. This study investigated the hot deformation behavior of S355NL steel through compression tests conducted in a temperature range of 900-1200℃ and a strain rate range of 10-3-1 s-1 to explore the optimal processing parameters. The flow behaviors consisted of an initial rapid increase and subsequent plateau with a marginal decrease in stress. This phenomenon was interpreted in terms of microstructural evolution, such as dislocation density and dynamic recrystallization. The efficiency of power dissipation and instability domains were derived using the dynamic material model based on the compression test dataset, providing a series of processing maps. In contrast to conventional processing maps plotted for a single strain value, this study has established ten maps at a strain interval of 0.1. This approach allowed for the consideration of continuously variable strain parameters, which is inherent to an actual metal-forming process. The efficiency of power dissipation was strongly governed by the high temperatures (≥ 1100℃). The strain rates barely affected the efficiency, but it primarily contributed to the instability domains. The application of high strain rates (≥ 10-1s-1) generated a region of negative instability due to the absence of dynamic recrystallization and the presence of cracks at grain boundaries.
In the present study, the third-order shear deformation theory (TSDT) is presented to investigate time-dependent thermo-elastic creep behavior and life assessment of rotating thick cylindrical shells with variable thickness made of 304L austenitic stainless steel (304L SS). The cylindrical shells are subjected to non-uniform internal pressure, distributed temperature field, and a centrifugal body force due to rotating speed. Norton's law is used to describe the material creep constitutive model. A system of differential equations in terms of displacement and boundary conditions is derived by employing the minimum total potential energy principle based on TSDT. Then, the resulting equations are solved as semi-analytically using the multilayered method (MLM), which leads to an accurate solution. Subsequently, an iterative procedure is also proposed to investigate the stresses and deformations at different creep times. Larson-Miller Parameter (LMP) and Robinson's linear life fraction damage rule are employed to estimate the creep damages and the remaining life of cylindrical shells. In this research, the creep model uses Norton's law, LMP, and Robinson's approach which is the most accurate and reasonable model. To the best of the researcher's knowledge, in the previous studies, there is no study carried out on third-order shear deformation theory for thermo-elastic creep analysis and life assessment of thick cylinders with variable thickness. The results obtained from the multilayered approach are compared and validated with those determined from the finite element method (FEM) to confirm the accuracy of the suggested method based on TSDT and very good agreement is found. The results indicate that the present analysis is accurate and computationally efficient.
This paper examines the flexural behavior of full-scale prestressed concrete girders that were constructed of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC). This study is designed to provide more information about the bending characteristics of UHPC girders in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection for future structural design codes. Short steel fibers have been introduced into prestressed concrete T-girders in order to study their effects under flexural loads. Round straight high strength steel fibers were used at volume fraction of 2%. The girders were cast using 150~190 MPa steel fiber reinforced UHPC and were designed to assess the ability of steel fiber reinforced UHPC to carry flexural loads in prestressed girders. The experimental results show that steel fiber reinforced UHPC enhances the cracking behavior and ductility of beams. Moreover, when ultimate failure did occur, the failure of girders composed of steel fiber reinforced UHPC was observed to be precipitated by the pullout of steel fibers that were bridging tension cracks in the concrete. Flexural failure of girders occurred when the UHPC at a particular cross section began to lose tensile capacity due to steel fiber pullout. In addition, it was determined that the level of prestressing force influenced the ultimate load capacity.
Heavy rainfall induces many disasters including slope failure and infrastructure collapse. In this point of view, rainfall-simulated centrifugal model test can be a reasonable tool to evaluate the stability of geotechnical structure. In order to obtain the displacements of a model in centrifugal model test, in general, LVDT and laser displacement sensor are used. However, when the rainfall is simulated, the LVDT has the problem of excessive infiltration into the model ground, and the laser displacement sensor provides the measuring result with inaccuracy due to the dispersion of the laser radiation. Hence, in this study, horizontal displacement sensor for rainfall-simulated centrifugal model test was developed. This sensor produced with a thin elastic steel plate and gave the accurate relationship between the displacement and the strain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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