Kumar, M.R. Nanda;Murthy, A. Ramachandra;Gopinath, Smitha;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.65-89
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2016
This paper presents the development of methodologies using Extended Finite Element Method (XFEM) for cracked unstiffened and concentric stiffened panels subjected to constant amplitude tensile fatigue loading. XFEM formulations such as level set representation of crack, element stiffness matrix formulation and numerical integration are presented and implemented in MATLAB software. Stiffeners of the stiffened panels are modelled using truss elements such that nodes of the panel and nodes of the stiffener coincide. Stress Intensity Factor (SIF) is computed from the solutions of XFEM using domain form of interaction integral. Paris's crack growth law is used to compute the number of fatigue cycles up to failure. Numerical investigations are carried out to model the crack growth, estimate the remaining life and generate damage tolerant curves. From the studies, it is observed that (i) there is a considerable increase in fatigue life of stiffened panels compared to unstiffened panels and (ii) as the external applied stress is decreasing number of fatigue life cycles taken by the component is increasing.
Nonlinear seismic performances of code designed Perforated Steel Plate Shear Walls (P-SPSW) were studied. Three multi-storey (4-, 8-, and 12-storey) P-SPSWs were designed according to Canadian seismic provisions and their performance was evaluated using time history analysis for ground motions compatible with Vancouver response spectrum. The selected code designed P-SPSWs exhibited excellent seismic performance with high ductility and strength. The current code equation was found to provide a good estimation of the shear strength of the perforated infill plate, especially when the infill plate is yielded. The applicability of the strip model, originally proposed for solid infill plate, was also evaluated for P-SPSW and two different strip models were studied. It was observed that the strip model with strip widths equal to center to center diagonal distance between each perforation line could reasonably predict the inelastic behavior of unstiffened P-SPSWs. The strip model slightly underestimated the initial stiffness; however, the ultimate strength was predicted well. Furthermore, applicability of simple shear-flexure beam model for determination of fundamental periods of P-SPSWs was studied.
The importance of the research on moment-resistant properties of unstiffened tubular joints and the research background are introduced. The performed experimental research on the bending rigidity and capacity of the joints is reported. The emphasis is put on the discussion of the flexural behavior of the joints including sets of geometrical parameters of the joints and several loading combinations. Procedures and results of loading tests on four full size joints in planar KK and X configuration are described in details at first. Mechanical models are proposed to analyze the joint specimens. Three-dimensional nonlinear FE models are established and verified with the experimental results. By comparing the experimental data with the results of the analysis, it is reported reasonable to carry out the structural analysis under the assumption that the joint is fully rigidly connected, and their bending capacities can assure the strength of the members connected under certain limitation. Furthermore, a parametric formula for inplane bengding rigidity of T and Y type tubular joints is proposed on the basis of FE calculation and regression analysis. Compared with test results, it is shown that the parametric formula developed in this paper has good applicability.
One of the major components for performance based seismic design is accurate estimation of critical seismic demand parameters. While nonlinear seismic analysis is the most appropriate analysis method for estimation of seismic demand parameters, this method is very time consuming and complex. Single mode pushover analysis method, N2 method and multi-mode pushover analysis method, modal pushover analysis (MPA) are two nonlinear static methods that have recently been used for seismic performance evaluation of few lateral load-resisting systems. This paper further investigates the applicability of N2 and MPA methods for estimating the seismic demands of ductile unstiffened steel plate shear walls (SPSWs). Three different unstiffened SPSWs (4-, 8-, and 15-storey) designed according to capacity design approach were analysed under artificial and real ground motions for Vancouver. A comparison of seismic response quantities such as, height-wise distribution of floor displacements, storey drifts estimated using N2 and MPA methods with more accurate nonlinear seismic analysis indicates that both N2 and MPA procedures can reasonably estimates the peak top displacements for low-rise SPSW buildings. In addition, MPA procedure provides better predictions of inter-storey drifts for taller SPSW. The MPA procedure has been extended to provide better estimate of base shear of SPSW.
The results of a series of finite element (FE) simulations and experimental studies are used to develop strength and stiffness models that predict the failure capacity and response characteristics of unstiffened extended endplate connections with circular and rectangular bolt configurations associated with deep girders. The proposed stiffness models are composed of multi-linear springs which model the overall extended endplate/column flange system deformation and strength of key-components. Comparison of model predictions with FE and experimental results available in the literature show that the proposed models accurately predict the strength and the response of extended endplate/column system with circular and rectangular bolt configurations. The effect of the bolt configuration (circular and rectangular) on the prying phenomenon encountered in the unstiffened extended endplate/column system was investigated. Based on FE results, extended endplate with circular bolt configuration has a more ductile behavior and exhibits higher total prying forces. The proposed models can be used to design connections that cover all possible failure modes for extended endplate with circular bolt configuration. This study provides guidelines for engineers to account for the additional forces induced in the tension bolts and for the maximum rotational capacity demand in the connection which are required for seismic analysis and design.
Unstiffened and stiffened cylindrically curved plates are often used in ship structures. For example, they can be found on a deck with a camber, a side shell at the fore and aft parts, and the circular bilge part of a ship structure. It is believed that such cylindrically curved plates can be fundamentally modelled using a portion of a circular cylinder. From estimations using cylindrically curved plate models, it is known that the curvature generally increases the buckling strength compared to a flat plate under axial compression. The existence of curvature is also expected to increase both the ultimate and buckling strengths. In the present study, a series of finite element analyses were conducted on stiffened curved plates with several varying parameters such as the curvature, panel slenderness ratio, and web height and type of stiffener applied. The results of numerical calculations on stiffened and unstiffened curved plates were examined to clarify the influences of such parameters on the characteristics of their buckling/plastic collapse behavior and strength under an axial compression.
The aim of this experimental research is to investigate the conformity of the four-bolt unstiffened moment end-plate connections consisting of European steel sections which do not meet the limitations specified for beam flange width and overall beam depth in ANSI/AISC 358-10 to the requirements of seismic application. However, the connections are satisfactory with the limitations required by Turkish Earthquake Code. For this purpose, four test specimens were designed and cyclic load was applied to three specimens while one was tested under monotonic loading to provide data for the calibration of the analytical models. The moment-rotation hysteresis loops and the failure modes for all test specimens are presented. A full three-dimensional finite element model is also developed for each test specimen for use to predict their behavior and to provide a tool for generating subsequent extensive parametric studies. The test results show that all specimens performed well in terms of rotation capacity and strength. Finite element models are found to be capable of approximating the cyclic behavior of the extended end-plate connection specimens.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.423-436
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2012
Unstiffened plates are integral part of all kinds of structures such as ship and offshore oil platforms. Openings are unavoidable and absolutely reduce the ultimate strength of structures. In this study, the finite element analysis package, ABAQUS, is used to analyze the behavior of unstiffened plate with rectangular opening. The rectangular opening form is divided into two cases. In case1, opening depth is constant, but opening width is varied. Meanwhile, in case2 opening width is fixed and opening depth is varied. Besides, for the two different form opening, the effect of plate slenderness parameter (${\beta}$), opening area ratio (AR) and opening position ratio (PR) on the ultimate strength of plate with opening under axial compression are presented. It has been found that the ultimate strength of plate ofcase1is much more sensitive to the plate slenderness parameter (${\beta}$) and opening area ratio (AR) than that of case2. However, for case1, opening position (PR) almost has no effect on the ultimate strength, whereas, regardingcase2, the influence of opening position (PR) depends on the plate slenderness parameter (${\beta}$). Based on nonlinear regression analysis, three design formulae are not only developed but also approved reasonably for the practical engineering design.
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickness, gauge distance of high strength bolt, diameter of high strength bolt frame, and the number of high strength bolts. In the USA and Europe, extended end-plate connections(EEPC) are applied in beam-column connections of steel structures in various forms; however, these are not widely applied in structures in Korea.This can be attributed to the fact that the proposal of design strength types for extended end-plate connections(EEPC), proposal of connection specifications, evaluation of seismic performance, and are not being performed appropriately. Therefore, the purpose of this study is to provide basic data for the domestic application of Unstiffened extended endplate connections. To realize this, nonlinear finite element analysis was conducted on a 12-mm thick Unstiffened extended endplate connections.
In this paper, a detail evaluation of ultimate strength of offshore unstiffened tubular members with bending and local denting damage which are subjected to combined axial force and bending moment and to component load is presented through theoretical and experimental approaches. Based upon the results obtained here, the damage effect on the ultimate strength of tubular member under combined loads and component load is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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