Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.3
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pp.281-289
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2016
In this paper, a new dynamic model for modal analysis of a rotating cantilever beam with a tip-mass is developed. The nonlinear strain such as von Karman type and the corresponding linearized stress are used to consider the geometric nonlinearity, and Euler-Bernoulli beam theory is applied in the present model. The nonlinear equations of motion and the associated boundary conditions which include the inertia of the tip-mass are derived through Hamilton's principle. In order to investigate modal characteristics of the present model, the linearized equations of motion in the neighborhood of the equilibrium position are obtained by using perturbation technique to the nonlinear equations. Since the effect of the tip-mass is considered to the boundary condition of the flexible beam, weak forms are used to discretize the linearized equations. Compared with equations related to stiffening effect due to centrifugal force of the present and the previous model, the present model predicts the dynamic characteristic more precisely than the another model. As a result, the difference of natural frequencies loci between two models become larger as the rotating speed increases. In addition, we observed that the mode veering phenomenon occurs at the certain rotating speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1320-1332
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1996
In the present study, we consider modified 5-node equivalent solid element which has smallest degree of freedom among 2-dimensional solid elements accounting bending deformation as well as extensional and shear deformations, We shall investigate static and dynamic characteristics of this element, which is very effective in thin beam, thick beam, large displacement problems, beam of variable thickness, and asymmetrically stepped beam, etc., as well as relatively simple problems of beam. The degree of freedom of this element is 10, which is smaller than 18 of 9-node element, 16 of 8-node elemtns, 12 of modified 6-node element and Q6 element. Therefore, this element is expected to broaden the effective range of application of the solid elements in the bending problems further.
Wen-ming Zhang;Jia-qi Chang;Xing-hang Shen;Xiao-fan Lu;Tian-cheng Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.53-65
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2023
With the gradual implementation of long-span suspension bridges into high-speed railway operations, the main beam's bending stiffness contribution to the live load response permanently grows. Since another critical control parameter of railway suspension bridges is the beam-end rotation angle, it should not be ignored by treating the main beam deflection as the only deformation response. To this end, the current study refines the existing method of the main cable shape and simply supported beam bending moment analogy. The bending stiffness of the main beam is considered, and the main beam's analytical expressions of deflection and rotation angle in the whole span are obtained using the cable-beam deformation coordination relationship. Taking a railway suspension bridge as an example, the effectiveness and accuracy of the proposed analytical method are verified by the finite element method (FEM). Comparison of the results by FEM and the analytical method ignoring the main beam stiffness revealed that the bending stiffness of the main beam strongly contributed to the live load response. Under the same live load, as the main beam stiffness increases, the overall deformation of the structure decreases, and the reduction is particularly noticeable at locations with original larger deformations. When the main beam stiffness is increased to a certain extent, the stiffening effect is no longer pronounced.
H-beam used for stiffening the upper structure of ocean plant is cut in the various shapes. The cutting process of the H-beam is done manually and requires a long time and high cost. Therefore, automation of H-beam cutting is an important task. This research aims to develop a 3-D simulator to build the automatic H-beam cutting system and to determine the optimal cutting method. The automatic H-beam cutting system composes of 6 robots including 2 cutting robots hang to a crane and 1 conveyer. The appropriate system layout for covering the various sizes and types of H-beam was tested and determined using the simulator. The H-beam cutting system uses a hybrid type of plasma and gas cutting because of special cutting shapes of H-beam. The cutting area of each cutting method should be properly divided according to the size and shape of H-beam to shorten the total cutting time. Additionally the collision between a robot and a robot or a robot and H-beam should be avoided. The optimal cutting method for the shortest cutting time without the collision could be found for the various cutting conditions by use of the simulator. 2 simulation samples shows the availability of the simulator to find the optimal cutting method.
Experimental research was performed on the 6m-6m two-span, continuous composite beams. Background research for the crack width control of continuous composite bridges in the Eurocode-4 is reviewed and equationsfor the calculation of crack width considering tension stiffening are presented. The behavior of the continuous composite beams was investigated using the initial and stabilized cracking process of the concrete slab in tension. Test results showed that the current requirement of minimum reinforcement for ductility in Korea Highway Bridge Design Codes could be reduced. The flexural stiffness of cracked continuous composite beams can be evaluated by the uncracked section analysis until the stabilized cracking stage. An empirical equation for the relationship between the stress of tensile reinforcements and crack width was obtained from the test results.
Parrotta, Javier Ezeberry;Peiretti, Hugo Corres;Gribniak, Viktor;Caldentey, Alejandro Perez
Computers and Concrete
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v.13
no.6
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pp.799-827
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2014
In this paper, a theoretical and experimental study of the sectional behaviour of reinforced concrete beams subjected to short-term loads is carried out. The pure bending behaviour is analysed with moment-curvature diagrams. Thus, the experimental results obtained from 24 beams tested by the authors and reported in literature are compared with theoretical results obtained from a layered model, which combines the material parameters defined in Model Code 2010 with some of the most recognized tensions-tiffening models. Although the tests were carried out for short-term loads, the analysis demonstrates that rheological effects can be important and must be accounted to understand the experimental results. Another important conclusion for the beams tested in this work is that the method proposed by EC-2 tends to underestimate the tension-stiffening effects, leading to inaccuracies in the estimations of deflections. Thus, the actual formulation is analysed and a simple modification is proposed. The idea is the separation of the deflection prediction in two parts: one for short-term loads and other for rheological effects (shrinkage). The results obtained are in fairly good agreement with the experimental results, showing the feasibility of the proposed modification.
Ramnavas, M.P.;Patel, K.A.;Chaudhary, Sandeep;Nagpal, A.K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.437-447
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2017
Explicit expressions for rapid prediction of inelastic design quantities (considering cracking of concrete) from corresponding elastic quantities, are presented for multi-storey composite frames (with steel columns and steel-concrete composite beams) subjected to service load. These expressions have been developed from weights and biases of the trained neural networks considering concrete stress, relative stiffness of beams and columns including effects of cracking in the floors below and above. Large amount of data sets required for training of neural networks have been generated using an analytical-numerical procedure developed by the authors. The neural networks have been developed for moments and deflections, for first floor, intermediate floors (second floor to ante-penultimate floor), penultimate floor and topmost floor. In the case of moments, expressions have been proposed for exterior end of exterior beam, interior end of exterior beam and both interior ends of interior beams, for each type of floor with a total of twelve expressions. Similarly, in the case of deflections, expressions have been proposed for exterior beam and interior beam of each type of floor with a total of eight expressions. The proposed expressions have been verified by comparison of the results with those obtained from the analytical-numerical procedure. This methodology helps to obtain the inelastic design quantities from the elastic quantities with simple calculations and thus would be very useful in preliminary design.
The dynamic instability characteristics of laminated composite stiffened shell panels subjected to in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented to demonstrate the effects of various parameters like shell geometry, lamination scheme, stiffening scheme, static and dynamic load factors and boundary conditions, on the dynamic instability behaviour of laminated composite stiffened panels subjected to in-plane harmonic loads along the boundaries. The results of free vibration and buckling of the laminated composite stiffened curved panels are also presented.
An experimental and a non linear finite element investigation on the behavior of steel-concrete composite beams stiffened in hogging moment region with Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) sheets is presented in this paper. A total of five specimens were tested under two-point loads. Three of the composite beams included concrete slab while the other two beams had composite slabs. The stiffening was achieved by attaching CFRP sheets to the concrete surface at the position of negative bending moment. The suggested CFRP sheets arrangement enhanced the overall beam behavior and increased the composite beam capacity. Valuable parametric study was conducted using a three dimensional finite element model using ANSYS program. Both geometrical and material nonlinearity were included. The studied parameters included CFRP sheet arrangement, concrete strength and degree of shear connection.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.47-53
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2022
As the limit state design method is applied as a method of designing concrete structures, the ultimate state is considered in the analysis or design. In fact, when the reinforced concrete member bears tensile force, the force is transmitted from the rebar to the concrete, and the structure bears the tensile force to the ultimate state even after yield. Therefore, the accurate evaluation of behavior after yield, it is necessary to study the tension stiffening effect after yield of the flexural member. In this study, a 4-point bending test was conducted on the RC simple beam having a rectangular cross section of the double reinforcement, and the behavior of the member was analyzed in detail using the image analysis method. Using the analysis results, the estimation formula for the tension stiffening effect after yield was proposed, and the applicability of this was verified through the experimental results of existing study. The difference between the ultimate strain and the yield strain representing the ductile behavior of the member is similar to the experimental results. The prediction of the proposed formula is relatively accurate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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