In this paper, topology optimization (TO) is applied to find a new configuration for the perforated steel plate shear wall (PSPSW) based on the maximization of reaction forces as the objective function. An infill steel plate is introduced based on an experimental model for TO. The TO is conducted using the sensitivity analysis, the method of moving asymptotes and SIMP method. TO is done using a nonlinear analysis (geometry and material) considering the buckling. The final area of the optimized plate is equal to 50% of the infill plate. Three plate thicknesses and three length-to-height ratios are defined and their effects are investigated in the TO. It indicates the plate thickness has no significant impact on the optimization results. The nonlinear behavior of optimized plates under cyclic loading is studied and the strength, energy and fracture tendency of them are investigated. Also, four steel plates including infill plate, a plate with a central circle and two types of the multi-circle plate are introduced with equal plate volume for comparing with the results of the optimized plate.
As steel is highly sensitive to temperature variations, fire exposure is more destructive in the case of steel structures in comparison to the concrete ones. The performance of an intermediate three-story steel moment frame with 4 spans was studied under the service load, thermal load and post-earthquake fire in this paper. Also, the effects of passive fire-protection materials such as ordinary cement-based and fire-retardant coatings were investigated. To model and analyze the structure; Abaqus software is utilized. In order to apply the earthquake effect, the push-over analysis method is employed. Changes in the stories deflection, endurance time and growth of nonlinear regions due to losses in the steel stiffness and strength, are among the issues considered in this study. As an interesting finding, the beams protected by ordinary cement-based coating could sustain the fire exposure at least for 30 minutes in all cases. The mentioned time is increased by employing a new fire-retardant protection, which could prevent significant loss in the structure resistance against fire, even after 60 minutes of exposure to fire.
Salem, Adel Helmy;Sayed-Ahmed, Ezzeldin Yazeed;El-Serwi, Ahmed Abdelsalam;Korashy, Mohamed Mostafa
Steel and Composite Structures
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v.4
no.5
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pp.367-384
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2004
A numerical model based on the finite element technique is adopted to investigate the behavior and strength of thin-walled I-section beam-columns. The model considers both the material and geometric nonlinearities. The model results were first verified against some of the currently available experimental results. A parametric study was then performed using the numerical model and interaction diagrams for the investigated beam-columns have been presented. The effects of the web depth-to-thickness ratio, flange outstand-to-thickness ratio and bending moment-to-normal force ratio on the ultimate strength of thin-walled I-section beam-columns were scrutinized. The interaction equations adopted for beam columns design by the NAS (North American Specifications for the design of cold formed steel structural members) have been critically reviewed. An equation for the buckling coefficient which considers the interaction between local buckling of the flange and the web of a thin-walled I-section beam-column has been proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.11
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pp.2399-2408
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2002
A prediction procedure has been developed to evaluate the microtructures and material properties of heat affected zone (HAZ) in pressure vessel steel weld, based on temperature analysis, thermodynamics calculation and reaction kinetics model. Temperature distributions in HAE are calculated by finite element method. The microstructures in HAZ are predicted by combining the temperature analysis results with the reaction kinetics model for austenite grain growth and austenite decomposition. Substituting the microstructure prediction results into the previous experimental relations, the mechanical material properties such as hardness, yielding strength and tensile strength are calculated. The prediction procedure is modified and verified by the comparison between the present results and the previous study results for the simulated HAZ in reactor pressure vessel (RPV) circurnferential weld. Finally, the microstructures and mechanical material properties are determined by applying the final procedure to real RPV circumferential weld and the local weak zone in HAZ is evaluated based on the application results.
Sulong, N.H. Ramli;Elghazouli, A.Y.;Izzuddin, B.A.;Ajit, N.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.1
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pp.23-43
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2010
In this paper, a nonlinear model is developed using the component method in order to represent the response of steel connections under various loading conditions and temperature variations. The model is capable of depicting the behaviour of a number of typical connection types including endplate forms (extended and flush) and angle configurations (double web, top and seat, and combined top-seat-web) in both steel and composite framed structures. The implementation is undertaken within the finite element program ADAPTIC, which accounts for material and geometric nonlinearities. Verification of the proposed connection model is carried out by comparing analytical simulations with available results of isolated joint tests for the ambient case, and isolated joint as well as sub-frame tests for elevated temperature conditions. The findings illustrate the reliability and efficiency of the proposed model in capturing the stiffness and strength properties of connections, hence highlighting the adequacy of the component approach in simulating the overall joint behaviour at elevated temperature.
This study concerned the interoperability between the structural-analysis model and the default detail model in steel structures available for the structural-design process based on BIM. The purpose of the study was to develop an interface module that can perform data conversion between the analysis and design applications and the BIM applications, through the dotnet frame work development environment using OpenAPI provided by the BIM application vendor. The direct-link method was applied for BIM interoperability. A basic-frame model for detail design and modeling was created from the structural-analysis model to verify if the application was developed. Finally, the proposed process was compared with the existing process to verify the efficiency of the former.
One of the most common defects in reinforced concrete bridge decks is corrosion of steel reinforcing bars. This invisible defect reduces the deck stiffness and affects the bridge's serviceability. Regular monitoring of the bridge is required to detect and control this type of damage and in turn, minimize repair costs. Because the corrosion is hidden within the deck, this type of damage cannot be easily detected by visual inspection and therefore, an alternative damage detection technique is required. This research develops a non-destructive method for detecting reinforcing bar corrosion. Experimental modal analysis, as a non-destructive testing technique, and finite element (FE) model updating are used in this method. The location and size of corrosion in the reinforcing bars is predicted by creating a finite element model of bridge deck and updating the model characteristics to match the experimental results. The practicality and applicability of the proposed method were evaluated by applying the new technique to a two spans bridge for monitoring steel bar corrosion. It was shown that the proposed method can predict the location and size of reinforcing bars corrosion with reasonable accuracy.
Kim, D.W.;Lee, S.K.;Kim, B.M.;Jung, J.Y.;Ban, D.Y.;Lee, S.B.
Transactions of Materials Processing
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v.19
no.4
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pp.224-229
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2010
During the multi-pass wire drawing process, wires suffer a great amount of plastic deformation that is through the cross-section. This generates tensile residual stress at surface of drawn wires. The generated residual stress on surface is one of the problems for quality of wires so that prediction and reduction of residual stresses is important to avoid unexpected fracture. Therefore, in this study, the effect of process variables such as semi-die angle, bearing length and reduction ratio on the residual stress was evaluated through Finite Element Analysis. Based on the results of the Analysis, a prediction model was established for predicting residual stress on the surface of high carbon steel(AISI1072, AISI1082). To identify the effectiveness of the proposed model, X-ray diffraction is used to measure the residual stresses on the surface. As the result of the comparison between calculated residual stresses and measured residual stresses, the model could be used to predict residual stresses in cold drawn wire.
It is well known that, in order to accurately predict the behaviour of steel structures a requirement the definition of the mechanical behaviour of beam-to column joints is of primary importance. This goal can be achieved by means of the so-called component method, which, in order to obtain the whole behaviour of connections, provides to break up joints in basic components of deformability and resistance. One of the main joint components used to model bolted connections is the so-called equivalent T-stub in tension, which is normally used to predict the behaviour of bolted plates in bending starting from the behaviour of the single bolt rows. In past decades, significant research efforts have been devoted to the prediction of the behaviour of bolted T-stubs but, to date, no particular attention has been devoted to the characterization of their plastic deformation capacity. To this scope, the work presented in this paper, taking into account the existing technical literature, proposes a new theoretical model for predicting the whole behaviour up to failure of bolted T-stubs under monotonic loading conditions, including some complexities, such as the bolt/plate compatibility requirement and the bolt fracture, which are necessary to accurately evaluate the ultimate displacement. After presenting the advances of the proposed approach, a comparison between theoretical and experimental results is provided in order to verify its accuracy.
This work is concerned with a statistical approach to the life prediction on irradiation-assisted stress corrosion cracking (IASCC) of stainless steel (SS) for core internals of a pressurized water reactor (PWR). The previous results of the time-to-failure of IASCC measured on neutron-irradiated stainless steel components were statistically analyzed in terms of stress and irradiation. The accelerating life testing model of IASCC of cold worked Type 316 SS was established based on an inverse power model with two stress-variables, the applied stress and irradiation dose. Considering the variation of the yield strength and applied stress with the irradiation dose in the model, the remaining life of the baffle former bolt was statistically predicted during operation under complex environments of stress and irradiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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