This paper studies the static stability of an axially graded column with the power-law gradient varying along the axial direction. For a nonhomogeneous column with one end linked to a rotational spring and loaded by a compressive force, respectively, an Euler problem is analyzed by solving a boundary value problem of an ordinary differential equation with varying coefficients. Buckling loads through the characteristic equation with the aid of the Bessel functions are exactly given. An alternative way to approximately determine buckling loads through the integral equation method is also presented. By comparing approximate buckling loads with the exact ones, the approximate solution is simple in form and enough accurate for varying power-law gradients. The influences of the gradient index and the rotational spring stiffness on the critical forces are elucidated. The critical force and mode shapes at buckling are presented in graph. The critical force given here may be used as a benchmark to check the accuracy and effectiveness of numerical solutions. The approximate solution provides a feasible approach to calculating the buckling loads and to assessing the loss of stability of columns in engineering.
Mohammad Mahdi Navardi;Hossein Shahverdi;Vahid Khalafi
Steel and Composite Structures
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v.52
no.5
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pp.515-524
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2024
The principal goal of the present study is to examine the aeroelastic analysis of cylindrical laminated shells with curvilinear fibers. To attain this objective, the equations of motion are firstly extracted according to the first-order shear deformation theory (FSDT). The linear piston theory is then implemented to estimate aerodynamic loads for various airflow angles over the cylindrical shell area, providing the aeroelastic equations. The well-known isogeometric analysis based on the NURBS basis functions is subsequently developed to discretize the aeroelastic equations of the considered problem. Finally, by writing the resultant equations in the standard form of an eigenvalue problem, the panel flutter analysis of a cylindrical variable stiffness composite laminated (VSCL) shell will be carried out. The comparison and validation of achieved results with the results of references mentioned in the literature are made to demonstrate the accurateness of the present formulation. Also, the influence of various parameters, including the airflow angle, fiber path orientation, radius of curvature, and converting symmetric lay-up to unsymmetrical lay-up on the flutter threshold is studied.
Composite beams of steel and concrete strengthened with fiber-reinforced polymers (FRP) may exhibit considerably enhanced flexural behaviour, but the combination of three materials with different characteristics and the various possible failure mechanisms that may govern performance make their analysis quite demanding. Previous studies provided significant insights into this problem and several methods were proposed for calculating flexural stiffness and strength, but these studies are restricted to the single member level of a simply supported composite beam section. However, the problem considerably changes when the beam is part of a frame system due to the degree of continuity provided by the surrounding structure, which represents the most common situation in practice. This paper explores the behaviour of semi-continuous FRP-strengthened composite beams, by considering the response characteristics of their end connections and their effects on overall performance. A novel analytical model is derived, which enables a step-by-step representation of the nonlinear relationship between an incremental mid-span design bending moment and corresponding connection rotations. After verification against finite element analyses, a parametric study is conducted which shows that the substantially increased bending moment resistance of FRP-strengthened composite beams can hardly be fully utilized due to a deficiency of corresponding large deformation capacity available in the connections. The extent to which the presence FRP strengthening can be exploited to enhance the beam flexural response depends on the interplay between various structural parameters, including the connection rotation capacity, the beam span, and the FRP modulus of elasticity and ultimate strength.
We consider the hp-version to solve non-constant coefficient elliptic equations with Dirichlet boundary conditions on a bounded, convex polygonal domain $\Omega$ in $R^{2}.$ To compute the integrals in the variational formulation of the discrete problem we need the numerical quadrature rule scheme. In this paler we consider a family $G_{p}= {I_{m}}$ of numerical quadrature rules satisfying certain properties. When the numerical quadrature rules $I_{m}{\in}G_{p}$ are used for calculating the integrals in the stiffness matrix of the variational form we will give its variational fore and derive an error estimate of ${\parallel}u-\tilde{u}^h_p{\parallel}_0,{\Omega}'$.
A two-step procedure to detect and quantify damages in structures from changes in curvature mode shapes is presented here. In the first step the maximum difference in curvature mode shapes of the undamaged and damaged structure are used for visual identification of the damaged internal-substructure. In the next step, the identified substructures are searched using unified particle swarm optimization technique for exact identification of damage location and amount. Efficiency of the developed procedure is demonstrated using beam like structures. This methodology may be extended for identifying damages in general frame structures.
Radiation damping due to wave propagation in unbounded domains may cause a significant reduction of structural vibrations when excited near resonance. Here a novel matrix-valued algebraic Pad$\acute{e}$-like stiffness formulation in the frequency-domain and a corresponding state equation in the time domain are elaborated for a soil-structure interaction problem with a layered soil excited in a transient manner by a flexible rotor during startup and shutdown. The contribution of radiation damping caused by a soil-layer upon a rigid bedrock is characterized by the corresponding amount of critical damping as it is used in structural dynamics.
The present paper deals with the identification of a concentrated damage in an elastic parabolic arch through the minimization of an objective function which measures the differences between numerical and experimental values of static displacements. The damage consists in a notch that reduces the height of the cross section at a given abscissa and therefore causes a variation in the flexural stiffness of the structure. The analytical values of static displacements due to applied loads are calculated by means of the principle of virtual work for both the undamaged and damaged arch. First, pseudo-experimental data are used to study the inverse problem and investigate whether a unique solution can occur or not. Various damage intensities are considered to assess the reliability of the identification procedure. Then, the identification procedure is applied to an experimental case, where displacements are measured on a prototype arch. The identified values of damage parameters, i.e., location and intensity, are compared to those obtained by means of a dynamic identification technique performed on the same structure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.103-110
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2004
Recently, performance based seismic design (PBSD) methods in numerous forms have been suggested and widely studied as a new concept of seismic design. The PBDSs are far from being practical due to complexity of algorithms resided in the design philosophy In this paper, optimal seismic design method based on displacement coefficient method (DCM) described in FEMA 273 is developed. As an optimizer simple genetic algorithms are used for implementations. In the optimization problem formulated in this paper, strength design criteria, stiffness design criteria, and nonlinear response criteria specified in DCM are included in design constraints. The optimal performance based design(OPBD) method is applied to seismic design of a 9-story two-dimensional steel frame structures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.135-142
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2004
The apparent advantages of FRP (fiber reinforced plastics) composites over the conventional structural materials may be attributed to their high specific strength and stiffness. Other affordable properties of FRPs including an excellent durability make them particularly attractive for the structures in severe service conditions. Therefore, the material and sectional properties of a FRP structural component should be designed to meet its specific requirements and service conditions. This paper is performed the material property optimization under optimum design of pultruded FRP bridge deck section. In the problem formulation, an objective function is selected to minimize the maximum R(strength ratio). The thickness of layers, volumes of fibers and matrix fiber orientation, and stacking sequence of FRPs are used as the design variables. Strength ratio in the design code, material failure criteria and pultruded manufacture thickness are selected as the design constraints to enhance the material performance of FRP decks. From the results of the numerical investigation, we obtained the optimum deck section profile for conventional using object.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.636-643
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2005
Recently, performance based seismic design (PBSD) methods have been suggested in numerous forms and widely studied as a new concept of seismic design. The PBDSs are far from being practical method due to complexity of algorithms resided in the design philosophy. In this paper, optimal seismic design method based on displacement coefficient method (DCM) described in FEMA 273 is developed. As an optimizer simple genetic algorithms are used for implementations. In the optimization problem formulated in this Paper, strength design criteria stiffness design criteria, and nonlinear response criteria specified in DCM are included in design constraints. The optimal performance based design(OPBD) method is applied to seismic design of a 3-story two-dimensional steel frame structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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