Jouneghani, Habib Ghasemi;Fanaie, Nader;Haghollahi, Abbas
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.437-454
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2022
Elliptic-braced simple resisting frame as a new lateral bracing system installed in the middle bay of frame in building facades has been recently introduced. This system not only creates a problem for opening space from the architectural viewpoint but also improves the structural behavior. Despite the researches on the seismic performance of lateral bracing systems, there are few studies performed on the effect of the stiffness parameters on the elastic story drift and calculation of period in simple braced steel frames. To overcome this shortcoming, in this paper, for the first time, an analytical solution is presented for calculating elastic lateral stiffness in a simple steel frame equipped with elliptic brace subjected to lateral load. In addition, for the first time, in this study, a precise formulation has been developed to evaluate the elastic stiffness variation in a steel frame equipped with a two-dimensional single-story single-span elliptic brace using strain energy and Castigliano's theorem. Thus, all the effective factors, including axial and shear loads as well as bending moments of elliptic brace could be considered. At the end of the analysis, the lateral stiffness can be calculated by an improved and innovative relation through the energy method based on the geometrical properties of the employed sections and specification of the used material. Also, an equivalent element of an elliptic brace was presented for the ease of modeling and use in linear designs. Application of the proposed relation have been verified through a variety of examples in OpenSees software. Based on the results, the error percentage between the elastic stiffness derived from the developed equations and the numerical analyses of finite element models was very low and negligible.
Kim, Heon-Young;Kim, Jin-Kook;Heo, Seung-Jin;Kang, Hyuk
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.1
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pp.216-233
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2002
Due to the environmental problems of fuel consumption and vehicle emission, etc., automotive makers are trying to reduce the weight of vehicles. The most effective way to reduce a vehicle weight is to use lighter materials, such as aluminum and plastics. Aluminum Intensive Vehicle(AIV) has many advantages in the aspects of weight reduction, body stiffness and model change. So, most of automotive manufacturers are attempting to develop AIV using Aluminum Space Frame(ASF). The weight of AIV can be generally reduced to about 30% than that of conventional steel vehicle without the loss of impact energy absorbing capability. And the body stiffness of AIV is higher than that of conventional steel monocoque body. In this study, Aluminum Intensive Vehicle is developed and analyzed on the basis of steel monocoque body. The energy absorbing characteristics of aluminum extrusion components are investigated from the test and simulation results. The crush and crash characteristics of AIV based on the FMVSS 208 regulations are evaluated in comparison with steel monocoque. Using these results, the design concepts of the effective energy absorbing members and the design guide line to improve crashworthiness for AIV are suggested.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.4
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pp.75-81
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2013
The circular hollow section is usually used for member of main frame to carry the external load in single layer lattice dome. But, the H-shaped section may be used for member of main frame since it is convenient for attaching roof panels. Single layer lattice domes have various buckling characteristics, such as the overall buckling, the member buckling, and nodal buckling. The purpose of this study is to compare buckling characteristics of single-layer lattice domes in which the H-shaped steel section as the existing domestically-produced structural steel is used as main frames to those of domes in which a circular hollow section is used as main frames.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.155-160
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2003
For the weight reduction of vehicle body up to 20∼30% compared to the conventional monocoque steel body·.in-white, most automotive manufacturers have attempted to develop the aluminum intensive body-in-white using an aluminum space frame. In this paper, the crush tests and simulations for the aluminum extrusions filled with the structural from are performed to evaluate the collapse characteristics of that light weighted material. From these studies. the effectiveness of structural for is evaluated in improving automotive crashworthiness. In order to improve the improve energy absorption capability of the aluminum space frame body, safety design modifications are performed and analyzed based on the suggested collapse initiator concepts and on the application of the aluminum extrusions filled with structural foam. The effectiveness of these design concepts on the frontal and side impact characteristics of the aluminum intensive vehicle structure is investigated and summarized.
Double skin composite walls offer structural and economic merits over conventional reinforced concrete counterparts in terms of higher capacity, greater stiffness, and better ductility. This paper investigated the axial behavior of double skin composite walls with steel truss connectors. Full-scaled tests were conducted on three specimens with different height-to-thickness ratios. Test results were evaluated in terms of failure mode, load-axial displacement response, buckling loading, axial stiffness, ductility, strength index, load-lateral deflection, and strain distribution. The test data were compared with AISC 360 and Eurocode 4 and it was found that both codes provided conservative predictions on the safe side.
An optimal design method in cooperated with nonlinear inelastic analysis is presented. The proposed nonlinear inelastic method overcomes the difficulties due to incompatibility between the elastic global analysis and the limit state member design in the conventional LRFD method. The genetic algorithm used is a procedure based on Darwinian notions of survival of the fittest, where selection, crossover, and mutation operators are used to look for high performance ones among sections in the database. They are satisfied with the constraint functions and give the lightest weight to the structure. The objective function taken is the total weight of the steel structure and the constraint functions are load-carrying capacity, serviceability, and ductility requirement. Case studies of a planar portal frame, a space two-story frame, and a three-dimensional steel arch bridge are presented.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2341-2348
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2010
In this paper, strain and stress on space frame are analyzed at racing car under crash loads. As the deformation is reduced to a minimum during crash and the vulnerable parts are grasped, the safety of driver is ensured. The vehicle frame is modelled with truss structure by inputting the material property of carbon steel on finite element analysis. The increase of impulse momentum is due to speed change at frontal collision. This influence effected on vehicle frame is also analyzed by ANSYS program. The deformation of the frame is studied by applying the crash loads at front, side and rear directions. Though the influence on the seat of driver is small at frontal and rear crash, the deformation due to impact is progressed into this seat. The safety of frame is enhanced by making up for these weak deformations and these results of simulation analysis can be applied to the production of the actual vehicle frame.
Structural design, in general, is developed through trial and error technique which is guided by standards criteria and based on the intuition and experience of the engineer, a context that leads to structural over-dimensioning, with uneconomic solutions. Aiming to find the optimal design, structural optimization methods have been developed to find a balance between cost, structural safety, and material performance. These methods have become a great opportunity in the steel structural engineering domain since they have as their main purpose is weight minimization, a factor directly correlated to the real cost of the structure. Assuming an objective function of minimum weight with stress and displacement constraints provided by Brazilian standards, the present research proposes the sizing optimization and combined approach of sizing and shape optimization, through a software developed to implement the Simulated Annealing metaheuristic algorithm. Therefore, two steel plane frame layouts, each admitting four typical truss geometries, were proposed in order to expose the difference between the optimal solutions. The assessment of the optimal solutions indicates a notable weight reduction, especially in sizing and shape optimization combination, in which the quantity of design variables is increased along with the search space, improving the efficiency of the optimal solutions achieved.
To quantitatively assess the safety against seismic collapse of eccentrically braced steel frame (EBSF) system, 24 typical EBSFs with K-shape and V-shape braces with seismic precautionary intensities 8 and 9 were designed complying with China seismic design code and relative codes to constitute archetype space of this structure system. In the archetype space, the collapse probability of the structural system under maximum considered earthquakes (MCE) was researched. The results show that the structures possess necessary safety against seismic collapse when they respectively encounter the maximum considered earthquakes corresponding to their seismic precautionary levels, and their collapse probabilities increase with increasing seismic precautionary intensities. Moreover, the EBSFs with V-shape braces have smaller collapse probability, thus greater capacity against seismic collapse than those with K-shape braces.
Semi-rigid connections are the actual behavior of beam-to-column connections in steel frames. However, the behavior of semi-rigid connections is not taken into account for the simplicity in the conventional analysis and design of steel frames. A computer-based analysis and design has been studied for the three-dimensional steel frames with semi-rigid connections. The nonlinear analysis which includes the effects of the flexibility of connections is used for this study. It is designed according to the buckling and combined stress constraints under the present loading after the joint deformations and the member end forces of the space frame are determined by the stiffness matrix method. The semi-rigid connection type is limited to the top and bottom angles with a double web angle connection. The Frye-Morris polynomial model is used to describe the non-linear behavior of semi-rigid connections. Various design examples are presented to demonstrate the efficiency of the method. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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