In this paper, a theoretical approach is studied to predict structural performances and weight reduction rates of a car-body with shell type sections in case that its materials have to be substituted. For the material substitution design of a car-body, bending, axial and twisting deformations are considered under constant stiffness and strength conditions, which utilize some new indices derived from a structural performance point of view. The developed indices to measure the weight reduction by the material substitution give good guidelines on conceptual design of car-bodies.
This paper deals with the damage assessment of the concrete beam using Damage-area concept and the modulus of elasticity reduction of the beam was evaluated. Simply supported concrete beams were loaded at the mid-span. When the displacements from the tests were increased more than $10\%$ of the initial values, flexural cracks occured. Judging from the observed cracks, damaged area of the beams were assumed and the modulus of elasticity reduction using the smeared-cracking concept was estimated to minimize the error between the test results and analytical results. Main parameters for the assessment were height of the crack area, length of the crack area, position of the crack area and the modulus of elastic reduction ratio. In each stage, damaged elements and their stiffness reduction were estimated to minimized the error.
Saeed Kamarian;Reza Barbaz-Isfahani;Thanh Mai Nguyen Tran;Jung-Il Song
Advances in nano research
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제16권2호
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pp.127-140
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2024
Upon direct/indirect exposure to flame or heat, composite structures may burn or thermally buckle. This issue becomes more important in the natural fiber-based composite structures with higher flammability and lower mechanical properties. The main goal of the present study was to obtain an optimal eco-friendly composite system with low flammability and high thermal buckling resistance. The studied composite consisted of polypropylene (PP) and short abaca fiber (AF) with eggshell powder (ESP) and halloysite clay nanotubes (HNTs) additives. An optimal base composite, consisting of 30 wt.% AF and 70 wt.% PP, abbreviated as OAP, was initially introduced based on burning rate (BR) and the Young's modulus determined by horizontal burning test (HBT) and tensile test, respectively. The effects of adding ESP to the base composite were then investigated with the same experimental tests. The results indicated that though the BR significantly decreased with the increase of ESP content up to 6 wt.%, it had a very destructive influence on the stiffness of the composite. To compensate for the damaging effect of ESP, small amount of HNT was used. The performance of OAP composite with 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT (OAPEH) was explored by conducting HBT, cone calorimeter test (CCT) and tensile test. The experimental results indicated a 9~23 % reduction in almost all flammability parameters such as heat release rate (HRR), total heat released (THR), maximum average rate of heat emission (MARHE), total smoke released (TSR), total smoke production (TSP), and mass loss (ML) during combustion. Furthermore, the combination of 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT reduced the stiffness of OAP to an insignificant amount by maximum 3%. Moreover, the char residue analysis revealed the distinct differences in the formation of char between AF/PP and AF/PP/ESP/HNT composites. Afterward, dilatometry test was carried out to examine the coefficient of thermal expansion (CTE) of OAP and OAPEH samples. The obtained results showed that the CTE of OAPEH composite was about 18% less than that of OAP. Finally, a theoretical model was used based on first-order shear deformation theory (FSDT) to predict the critical bucking temperatures of the OAP and OAPEH composite plates. It was shown that in the absence of mechanical load, the critical buckling temperatures of OAPEH composite plates were higher than those of OAP composites, such that the difference between the buckling temperatures increased with the increase of thickness. On the contrary, the positive effect of CTE reduction on the buckling temperature decreased by raising the axial compressive mechanical load on the composite plates which can be assigned to the reduction of stiffness after the incorporation of ESP. The results of present study generally stated that a suitable combination of AF, PP, ESP, and HNT can result in a relatively optimal and environmentally friendly composite with proper flame and thermal buckling resistance with no significant decline in the stiffness.
The flutter stability of long-span suspension bridges during erection can be more problematic and more susceptible to be influenced by many factors than in the final state. As described in this paper, numerical flutter stability analyses were performed for the construction process of Zhongdu Bridge over Yangtze River using the commercial FE package ANSYS. The effect of the initial wind attack angle, the sequence of deck erection, the stiffness reduction of stiffening girders, the structural damping, and the cross cables are discussed in detail. It was found that the non-symmetrical sequence of deck erection was confirmed to be aerodynamically favourable for the deck erection of long-span suspension bridges and the best erection sequence should be investigated in the design phase. While the initial wind attack angle of $-3^{\circ}$ is advantageous for the aerodynamic stability, $+3^{\circ}$ is disadvantageous compared with the initial wind attack angle of $0^{\circ}$ during the deck erection. The stiffness reduction of the stiffening girders has a slight effect on the flutter wind speed of the suspension bridge during erection, but structural damping has a great impact on it, especially for the early erection stages.
Weight reduction while maintaining functional requirements is one of the major goals in the automotive industry. The use of lightweight magnesium alloys offers great potential for reducing weight because of the low density of these alloys. However, the formability and the surface quality of the final magnesium alloy product for auto-body structures are not acceptable without a careful optimization of the design parameters. In order to overcome some of the main formability limitations in the stamping of magnesium alloys, a new approach, the so-called "hybrid technology", has been recently proposed for body-in-white structural components. Within this approach, necessary level of mechanical joining can be obtained through the use of lightweight material-steel adhesion promoters. This paper presents the development process of an automotive hybrid hood assembly using magnesium alloy sheets. In the first set of material pairs, the selected materials are magnesium alloy AZ31B alloy and steel(SGCEN) as inner and outer panels, respectively. In order to optimize the design of the inner panel, the stamping process was analyzed with the finite element method (FEM). Laser welding by CW Nd:YAG were used to join the magnesium alloy sheets. Based on the simulation results and mechanical test results of the joints, the determination of die design variables and their influence on formability were discussed. Furthermore, a prototype based on the proposed design was manufactured and the static stiffness test was carried out. The results demonstrate the feasibility of the proposed hybrid hood with a weight reduction of 25.7%.
Shahria Alam, M.;Muntasir Billah, A.H.M.;Quayyum, Shahriar;Ashraf, Mahmud;Rafi, A.N.M.;Rteil, Ahmad
Steel and Composite Structures
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제15권6호
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pp.705-724
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2013
The behaviour of steel column at elevated temperature is significantly different than that at ambient temperature due to its changes in the mechanical properties with temperature. Reported literature suggests that steel column may become vulnerable when exposed to fire condition, since its strength and capacity decrease rapidly with temperature. The present study aims at investigating the lateral load resistance of non-insulated steel columns under fire exposure through finite element analysis. The studied parameters include moment-rotation behaviour, lateral load-deflection behaviour, stiffness and ductility of columns at different axial load levels. It was observed that when the temperature of the column was increased, there was a significant reduction in the lateral load and moment capacity of the non-insulated steel columns. Moreover, it was noted that the stiffness and ductility of steel columns decreased sharply with the increase in temperature, especially for temperatures above $400^{\circ}C$. In addition, the lateral load capacity and the moment capacity of columns were plotted against fire exposure time, which revealed that in fire conditions, the non-insulated steel columns experience substantial reduction in lateral load resistance within 15 minutes of fire exposure.
The load of a maglev train, which is being considered a future transportation, is uniformly loaded on a levitated surface of a rail unlike a typical train because the maglev train is magnetically levitated and propelled. In addition, the driving performance is superior since the maglev train doesn't directly contact the railway. A integrated track system, to which a sleeper is installed toward a longitudinal direction instead of a perpendicular direction, is suggested, considering this loading characteristic. The longitudinal sleeper of this system is expected to contribute to stiffness increase of a bridge and weight-reduction of a girder. In this study, the structural characteristics of proposed and typical systems have been numerically compared and analyzed. In addition, the improvement of the integrated system has been proposed.
A shaking table test on a three-story one-bay steel frame model with metallic yield dampers and their parallel connection with oil dampers is carried out to study the dynamic characteristics and seismic performance of the energy dissipation system. It is found from the test that the combined energy dissipation system has favorable reducing vibration effects on structural displacement, and the structural peak acceleration can not evidently be reduced under small intensity seismic excitations, but in most cases the vibration reduction effect is very good under large intensity seismic excitations. Test results also show that stiffness of the energy dissipation devices should match their damping. Dynamic analysis method and mechanics models of these two dampers are proposed. In the analysis method, the force-displacement relationship of the metallic yield damper is represented by an elastic perfectly plastic model, and the behavior of the oil damper is simulated by a velocity and displacement relative model in which the contributions of the oil damper to the damping force and stiffness of the system are considered. Validity of the analytical model and the method is verified through comparison between the results of the shaking table test and numerical analysis.
A smart tuned mass damper (TMD) was developed to provide better control performance than a passive TMD for reduction of earthquake induced-responses. Because a passive TMD was developed decades ago, optimal design methods for structural parameters of a TMD, such as damping constant and stiffness, have been developed already. However, studies of optimal design method for structural parameters of a smart TMD were little performed to date. Therefore, parameter studies of structural properties of a smart TMD were conducted in this paper to develop optimal design method of a smart TMD under seismic excitation. A retractable-roof spatial structure was used as an example structure. Because dynamic characteristics of a retractable-roof spatial structure is changed based on opened or closed roof condition, control performance of smart TMD under off-tuning was investigated. Because mass ratio of TMD and smart TMD mainly affect control performance, variation of control performance due to mass ratio was investigated. Parameter studies of structural properties of a smart TMD was performed to find optimal damping constant and stiffness and it was compared with the results of optimal passive TMD design method. The design process developed in this study is expected to be used for preliminary design of a smart TMD for a retractable-roof spatial structure.
The seismic behaviour of reinforced concrete (RC) columns made from high-strength materials was investigated experimentally. Six high-strength concrete specimen columns (1:4 scale), which included three with high-strength stirrups (HSSs) and three with normal-strength stirrups (NSSs), were tested under a combination of high axial and reversed cyclic loads. The effects of stirrup strength and the ratio of transverse reinforcement on the cracking patterns, hysteretic response, strength, stiffness, ductility, energy dissipation and strain of transverse reinforcement were studied. The results indicate that good seismic behaviour of an RC column subjected to high axial compression can be obtained by using a well-shaped stirrup. Stirrup strength had little effect on the lateral bearing capacity. However, the ductility was significantly modified by improving the stirrup strength. When loaded with a large lateral displacement, the strength reduction of NSS specimens was more severe than that of those with HSSs, and increasing the stirrup strength had little effect on the stiffness reduction. The ductility and energy dissipation of specimens with HSSs were superior to those with NSSs. When the ultimate displacement was reached, the core concrete could be effectively restrained by HSSs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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