In this work, the structural response of thin-walled, composite beams with built-in twist angles is analyzed using a mixed beam approach. The analytical model includes the effects of elastic couplings, shell wall thickness, and torsion warping. Reissner's semi-complimentary energy functional is used to describe the beam theory and also to deal with the mixed-nature in the beam kinematics. The bending and torsion related warpings introduced by the non-zero pretwist angles are derived in closed-form through the proposed beam formulation. The theory is validated with available literature and detailed finite element analysis results for rectangular solid section beams with elastic couplings. Very good correlation has been obtained for the cases considered.
The bifurcation problem of thin walled structures in contact with rigid surfaces is formulated by adopting the multiple scales asymptotic technique. The general theory developed in this paper is very useful for the bifurcation analysis of waviness instabilities in the sheet metal forming. The formulation is presented in a full Lagrangian formulation. Through this general formulation, the bifurcation functional is derived within an error of O($(E^4)$) (E: shell's thickness parameter). This functional can be used in numerical solutions to sheet metal forming instability problem.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.95-98
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2003
In this work, a closed-form analysis is performed to obtain the stiffness coefficients of thin-walled composites beams with elliptical profiles. The analytical model includes the effects of elastic couplings, shell wall thickness, torsion warping and constrained warping. Reissner's semi-complementary energy functional is used to derive the beam force-displacement relations. The theory is validated against MSC/NASTRAN results for coupled composites beams with single-cell elliptical sections. Very good correlation has been noticed for the test cases considered.
Ultra high performance cementitious composite material is applied to the design of multifunctional permanent form for bridge pier in this paper. The basic properties and calculating constitutive model of ultra high performance cementitious composite are introduced briefly. According to momental theory of thin-walled shell, the analytical solutions of structural behavior parameters including circumferential stress, longitudinal stress and shear stress are derived for UHPCC thin-walled circular tube. Based on relevant code of construction loads (MHURD of PPC 2008), the calculating parameter expression of construction loads for UHPCC thin-walled circular tube is presented. With geometrical dimensions of typical pier, the structural behavior parameters of UHPCC tube under construction loads are calculated. The effects of geometrical parameters of UHPCC tube on structural behavior are analyzed and the design advices for UHPCC tube are proposed. This paper shall provide a scientific reference for UHPCC permanent form design and UHPCC hybrid structure application.
Sharma, Shashi Kant;Kumar, K.V. Praveen;Akbar, M. Abdul;Rambabu, Dadi
Advances in materials Research
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v.11
no.1
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pp.59-73
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2022
In the construction industry, thin-walled frame elements with very slender open cross-sections and low torsional stiffness are often subjected to a complex loading condition where axial, bending, shear and torsional stresses are present simultaneously. Hence, these often fail in instability even before the yield capacity is reached. One of the most common instability conditions associated with thin-walled structures is Lateral Torsional Buckling (LTB). In this study, a first order Generalized Beam Theory (GBT) formulation and numerical analysis of cold-formed steel lipped channel beams (C80×40×10×1, C90×40×10×1, C100×40×10×1, C80×40×10×1.6, C90×40×10×1.6 and C100×40×10×1.6) subjected to uniform moment is carried out to predict pure Lateral Torsional Buckling (LTB). These results are compared with the Finite Element Analysis of the beams modelled with shell elements using ABAQUS and analytical results based on Euler's buckling formula. The mode wise deformed shape and modal participation factors are obtained for comparison of the responses along with the effect of varying the length of the beam from 2.5 m to 10 m. The deformed shapes of the beam for different modes and GBTUL plots are analyzed for comparative conclusions.
This paper proposes a real-time simulation technique for thin shells undergoing large deformation. Shells are thin objects such as leaves and papers that can be abstracted as 2D structures. Development of a satisfactory physical model that runs in real-time but produces visually convincing animation of thin shells has been remaining a challenge in computer graphics. Rather than resorting to shell theory which involves the most complex formulations in continuum mechanics, we adopt the energy functions from the discrete shells proposed by Grinspun et al. For real-time integration of the governing equation, we develop a modal warping technique for shells. This new simulation framework results from making extensions to the original modal warping technique which was developed for the simulation of 3D solids. We report experimental results, which show that the proposed method runs in real-time even for large meshes, and that it can simulate large bending and/or twisting deformations with acceptable realism.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.4
s.14
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pp.113-128
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2004
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of solid paraboloidal and complete (that is, without a top opening) paraboloidal shells of revolution with variable wall thickness. Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D), the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. The ends of the shell may be free or may be subjected to any degree of constraint. Displacement components $u_r,\;u_{\theta},\;and\;u_z$ in the radial, circumferential, and axial directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in ${\theta}$, and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the paraboloidal shells of revolution are formulated, and the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of the complete, shallow and deep paraboloidal shells of revolution with variable thickness. Numerical results are presented for a variety of paraboloidal shells having uniform or variable thickness, and being either shallow or deep. Frequencies for five solid paraboloids of different depth are also given. Comparisons are made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1998.03a
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pp.21-27
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1998
An analysis for the prediction of wrinkling formation in curved sheets during metal froming is presented. We construct "Wrinkling Limit diagram"(WLD) which represent the combinations of the critical principal stresses for wrinkling formation in curved sheet elements subjected to biaxial plane stress. Here the scheme of plastic bifurcation theory for thin shells based on the Donnell-Mushtari-Vlasov shell theory is used. In this study, the effects of the material variables (yield stress, plastic hardening coefficient, plastic anisotropic parameter, and so on) and sheet geometry on the critical conditions for wrinkling is carried out numerically.merically.
The theoretical method is developed to investigate the effects of ring stiffeners on free vibration characteristics and transient response for the ring stiffened composite cylindrical shells subjected to the impulse pressure loading. In the theoretical procedure, the Love's thin shell theory combined with the discrete stiffener theory to consider the ring stiffening effect is adopted to formulate the theoretical model. The concentric or eccentric ring stiffeners are laminated with composite and have the uniform rectangular cross section. The modal analysis technique is used to develop the analytical solutions of the transient problem. The analysis is based on an expansion of the loads, displacements in the double Fourier series that satisfy the boundary conditions. The effect of stiffener's eccentricity, number, size, and position on transient response of the shells is examined. The theoretical results are verified by comparison with FEM results.
This paper studies nonlinear stability behavior of a nanocrystalline silicon curved nanoshell considering strain gradient size-dependency. Nanocrystallines are composite materials with an interface phase and randomly distributed nano-size grains and pores. Imperfectness of the curved nanoshell has been defined based on an initial deflection. The formulation of nanocrystalline nanoshell has been established by thin shell theory and an analytical approach has been used in order to solve the buckling problem. For accurately describing the size effects related to nano-grains or nano-pores, their surface energies have been included. Nonlinear stability curves of the nanoshell are affected by the size of nano-grain, curvature radius and nano-pore volume fraction. It is found that increasing the nano-pore volume fraction results in lower buckling loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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