This paper deals with optimal stacking sequence design of laminate composite structures. The stacking sequence optimisation of laminate composites is formulated as a combinatorial problem and is solved using Simulated Annealing (SA), an algorithm devised based on inspiration of physical process of annealing of solids. The combinatorial constraints are handled using a correction strategy. The SA algorithm is strengthened by embedding Tabu search in order to prevent recycling of recently visited solutions and the resulting algorithm is referred to as tabu embedded simulated Annealing (TSA) algorithm. Computational performance of the proposed TSA algorithm is enhanced through cache-fetch implementation. Numerical experiments have been conducted by considering rectangular composite panels and composite cylindrical shell with different ply numbers and orientations. Numerical studies indicate that the TSA algorithm is quite effective in providing practical designs for lay-up sequence optimisation of laminate composites. The effect of various neighbourhood search algorithms on the convergence characteristics of TSA algorithm is investigated. The sensitiveness of the proposed optimisation algorithm for various parameter settings in simulated annealing is explored through parametric studies. Later, the TSA algorithm is employed for multi-criteria optimisation of hybrid composite cylinders for simultaneously optimising cost as well as weight with constraint on buckling load. The two objectives are initially considered individually and later collectively to solve as a multi-criteria optimisation problem. Finally, the computational efficiency of the TSA based stacking sequence optimisation algorithm has been compared with the genetic algorithm and found to be superior in performance.
Masoumi-Zahaneh, Fereydoon;Hoseinzadeh, Mohamad;Rahimi, Sepideh;Ebadi-Jamkhaneh, Mehdi
Earthquakes and Structures
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제23권1호
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pp.59-73
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2022
In this study, the seismic behavior of an all-steel buckling-restrained (AB) steel plate shear wall (SPSW) with incline slits under fire and cyclic loading was investigated. ABSPSW was composed of two thin steel infill plates with a narrow distance from each other, which were embedded with incline slits on each plate. These slits were in opposite directions to each other. The finite element (FE) numerical model was validated with three test specimens and after ensuring the modeling strategy, the parametric study was performed by considering variables such as wall plate thickness, slit width, strip width between two slits, and degree of temperature. A total of 256 FE numerical models were subjected to coupled temperature-displacement analysis. The results of the analysis showed that the high temperature reduced the seismic performance of the ABSPSW so that at 917℃, the load-bearing capacity was reduced by 92%. In addition, with the increase in the temperature, the yield point of the infill plate and frame occurred in a small displacement. The average decrease in shear strength at 458℃, 642℃, and 917℃ was 18%, 46%, and 92%, respectively, compared to the shear strength at 20℃. Also, with increasing the temperature to 917℃, ductility increased by an average of 75%
The actual behavior of the railroad track structure is suspected to be a complex interaction between the vertical, lateral, longitudinal, and torsional behaviors. A FE program are developed in the present study to be used for extensive nonlinear analysis of the track structures subjected to thermal load. Using the rigorous study on the deformed shape of the rail and tie, and stress resultants, characteristics of the three dimensional behavior are investigated. It is found that the flexural rigidity of the tie and the rotational stiffness of pad-fastener can be affect the behavior of the track structure and the postbuckling behavior in each rail, except lateral behavior, is not same.
In thisstudy, the vibration problem ofthermo elastic carbon nanotubes conveying pulsating viscous nano fluid subjected to a longitudinal magnetic field is investigated via Euler-Bernoulli beam model. The controlling partial differential equation of motion is arrived by adopting Eringen's non local theory. The instability domain and pulsation frequency of the CNT is obtained through the Galerkin's method. The numerical evaluation of thisstudy is devised by Haar wavelet method (HWM). Then, the proposed model is validated by analyzing the critical buckling load computed in presentstudy with the literature. Finally, the numerical calculation ofsystem parameters are shown as dispersion graphs and tables over non local parameter, magnetic flux, temperature difference, Knudsen number and viscous parameter.
Given the inadequate regulatory framework for liquefied hydrogen gas storage tanks on ships and the limitations of the IGC Code, designed for liquefied natural gas, this study introduces a critical assessment procedure to ensure the safety and suitability of such tank designs. This study performed a heat transfer analysis for boil-off gas (BOG) calculations and established separate design load cases to evaluate the yielding and buckling strength. In addition, the study assessed methodologies for both high-cycle and low-cycle fatigue assessments, complemented by comprehensive structural integrity evaluations using finite element analysis. A comprehensive approach was developed to assess the structural integrity of Type C tanks by conducting crack propagation analysis and comparing these results with the IGC Code criteria. The practicality and efficacy of these methods were validated through their application on a 23K-class liquefied hydrogen carrier at the concept design stage. These findings may have important implications for enhancing safety standards and regulatory policies.
In this paper, we will analyse the thermo-elastic behavior of the plate element of a structure arranged in a climatically aggressive environment (extreme temperature), we use a refined four-variable thick plate theory to take the shear effect into consideration, the proposed theory less computationally expensive and more accurate so that it incorporates the shear effect into the formulation. The plate is assumed to be simply supported on its four edges, so exact (closed-form) solutions are found according to the Navier expansion, and the governing stability equations and associated boundary conditions of the problem are obtained via the virtual works principle. The plate studied ismade of laminated composite materials, so a parametric study is needed to see the effect of different types of parameters and coupling on the critical temperature value causing thermo-elastic instability of the plate and also on the natural frequency of free vibration, as well as for other parameters such as anisotropy, slenderness and aspect ratio of the plate and finally the lamination angle. Numerical results are obtained for specially orthotropic and antisymmetrical plates and are compared with those obtained by othertheoriesin the literature to validate the analysis approach used.
콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다. 내부 리브는 콘크리트와 맞물려 있어 리브의 변형은 콘크리트의 균열을 촉진시키는 역할을 동반하게 된다. 이러한 잠재적인 문제에 대한 해결책은 강관 리브의 변형에 저항할 수 있도록 콘크리트 인성을 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다. 언급된 두 가지의 문제점이 효과적으로 해결될 경우 용접조립 각형강관 기둥은 내화성능 확보가 가능하다고 판단된다. 본 연구에서는 해결방안으로 내부 콘크리트를 강섬유와 혼입하여 기둥 자체의 연성과 인성을 증대시키는 것에 중점을 맞추고 있다. 내화성능 평가를 위한 시험체는 총 8개 로 하중비에 따른 재하가열 실험을 실시하고 화재 전후 거동과 열 변형 능력을 주요변수별로 분석하였다. 실험결과와 선행연구 비교를 통해 열 전달과 열응력 해석 모델의 신뢰성을 확보하였으며, 강섬유 혼입율에 따른 변수해석을 수행하였다.
Lightweight metallic truss structures with open, periodic cell are currently being investigated because of their multi-functionality such as thermal management and load bearing. The Kagome truss PCM has been proved that it has higher resistance to plastic buckling, more plastic deformation energy and lower anisotropy than other truss PCMs. The subject of this paper is an examination of the failure mechanism of Wire woven Bulk Kagome(WBK). To address this issue, the out-of-plane compressive responses of the WBK has been measured and compared with theoretical and finite element (FE) predictions. For the experiment, 2 multi-layered WBK are fabricated and 3 specimens are prepared. For the theoretical analysis, the brazed joints of each wire in WBK are modeled as the pin-joint. Then, the peak stress of compressive behavior and elastic modulus are calculated based on the equilibrium equation and energy method. The mechanical structure with five by five cells on the plane are constructed is modeled using the commercial code, PATRAN 2005. and the analysis is achieved by the commercial FE code ABAQUS version 6.5 under the incremental theory of plasticity.
Epoxy-amine liquid prepolymers are extensively applied onto metallic substrates and cured to obtain painted materials or bonded joint structures. Overall performances of such systems depend on the created interphase between the organic layer and the substrate. When epoxy-amine liquid mixtures are applied onto more or less hydrated metallic oxide layer, concomitant amine chemical sorption and hydroxide dissolution appear lending to the chelate formation. As soon as the chelate concentration is higher than the solubility product, these species crystallize as sharp needles. Moreover, intrinsic and thermal residual stresses are developed within painted or bonded systems. When residual stresses are higher than the organic layer/substrate adhesion, buckling, blistering, debonding may occur leading to a catastrophic drop of system performances. Practical adhesion can be evaluated with either ultimate parameters (Fmax or Dmax) or the critical strain energy release rate, using the three point flexure test (ISO 14679-1997). We observe that, for the same system, the ultimate load decreases while residual stresses increase when the liquid/solid time increases. Ultimate loads and residual stresses depend on the metallic surface treatment. For these systems, the critical strain energy release rate which takes into account the residual stress profile and the Young's modulus gradient remains quite constant whatever the metallic surface treatment was. These variations will be discussed and correlate to the formation mechanisms of the interphase.
유럽을 중심으로 스틸스터드의 약점으로 지목 받고 있는 열교현상을 억제하기 위한 스터드 개선 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구는 크게 마감재와 접촉 면적을 줄이는 방법, 웨브면에서 열전달 경로를 늘이는 방법, 열전도성이 낮은 소재를 사용하는 방법, 그리고 스터드를 피복하는 방법으로 구분할 수 있다. 비교적 저층의 주거용 건축물을 대상으로 하는 국외의 경우 에너지 소비에 초점이 맞춰져 있지만, 본 연구의 경우 중층화를 대비하여 구조적 성능도 고려하여 아연도금강판(SGC58)과 FRP를 에폭시로 부착하여 150SL 형태의 복합스터드를 개발하였다. 복합스터드의 소재로는 두께 1.0mm과 1.2mm 강판과 두께 4mm(4ply), 6mm(6ply)의 FRP를 적용하였고, 4가지의 접합 상세에 대한 제작 및 실험을 통해 최종적으로 우수한 결과를 보인 2가지를 선택하였다. 이와 같은 과정을 거쳐 개발된 복합스터드의 압축 성능을 확인하기 위해 2가지 접합 상세에 대해 단면 높이인 150mm에 대해 3, 6, 9, 12배 길이에 대해 압축 실험을 계획하였고, 기존 스틸 스터드와 비교하기 위하여 동일 형태의 비교 실험체도 제작하였다. 실험결과, 복합스터드의 최대하중은 강판 두께 1.0mm인 경우 동일 두께의 스틸 스터드보다 평균 1.62배, 1.2mm인 경우 평균 1.46배 증가하였으며, 가력 종료 시점에 이르기까지 일체 거동을 보여 구조적으로 우수함이 입증되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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