Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1059-1068
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1990
The minimum weight design for the simply-supported eccentrically stiffened plates subjected to combined loads is studied according to the stiffening configuration. The optimal programming is accomplished by formulating the design requirements in terms of a mathematical programming problem, and by using the gradient projection algorithm. The Huber type equilibrium equation is used as the governing equation for the overall buckling. The overall buckling of stiffened plates and the local buckling of the unstiffened plate between stiffeners and the stiffeners themselves are used as behavior constraints. Results of design examples for the orthogonally stiffening case compared with those of the other study support that the present study is feasible. Design examples for the symmetrically oblique stiffening case are presented and the results indicate that a significant improvement in design efficiency may be achieved through symmetrically oblique stiffening compared to the orthogonal stiffening under the combined loading condition.
Kalali, Hamed;Hajsadeghi, Mohammad;Zirakian, Tadeh;Alaee, Farshid J.
Steel and Composite Structures
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v.19
no.2
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pp.277-292
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2015
Previous research has shown that steel plate shear walls (SPSWs) are efficient lateral force-resisting systems against both wind and seismic loads. A properly designed SPSW can have high initial stiffness, strength, and energy absorption capacity as well as superior ductility. SPSWs have been commonly designed with unstiffened and stiffened infill plates based on economical and performance considerations. Recent introduction and application of corrugated plates with advantageous structural features has motivated the researchers to consider the employment of such elements in stiffened SPSWs with the aim of lowering the high construction cost of such high-performing systems. On this basis, this paper presents results from a numerical investigation of the hysteretic performance of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Finite element cyclic analyses are conducted on a series of flat- and corrugated-web SPSWs to examine the effects of web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves on the hysteretic performance of such structural systems. Results of the parametric studies are indicative of effectiveness of increasing of the three aforementioned web-plate geometrical and corrugation parameters in improving the cyclic response and energy absorption capacity of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Increasing of the web-plate thickness and number of corrugation half-waves are found to be the most and the least effective in adjusting the hysteretic performance of such promising lateral force-resisting systems, respectively. Findings of this study also show that optimal selection of the web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves along with proper design of the boundary frame members can result in high stiffness, strength, and cyclic performances of such corrugated-web SPSWs.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.3
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pp.62-73
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2001
The interest in evaluation of structural intensity arises for practical reasons, because net energy flow distribution offers information of energy transmission path, positions of sources, and sinks of vibration energy. In this paper, structural intensity analysis of local ship structures using finite element method(FEM) is carried out. The purpose of this analysis is to evaluate the relative accuracy according to mesh fineness. The structural intensity of unstiffened and stiffened plates varying their mesh fineness is analyzed and the results are compared with those obtained by the assumed mode method. As results, the proper mesh size in qualitative/quantitative structural intensity analysis of plate structures is proposed. In addition, the propagation phenomenon of vibration energy is investigated for the thickness-varying flat plate, L-type plate, and box-girder structures.
Any pre-existed delamination defect present during manufacturing or induce during service loading conditions in the wingskin adherend invariably shows a greater loss of structural integrity of the spar wingskin joint (SWJ). In the present study, inter-laminar delamination propagation at the critical location of the SWJ has been carried out using contact and multi-point constraint finite elements available with commercial FE software (ANSYS APDL). Strain energy release rates (SERR) based on virtual crack closure technique have been computed for evaluation of the opening (Mode-I), sliding (Mode-II) and cross sliding (Mode-III) modes of delamination by sequential release of multi point constraint elements. The variations of different modes of SERR are observed to be significant by considering varied delamination lengths, material properties of adherends and radius of curvature of the SWJ panel. The SERR rates are seen to be much different at the two pre-embedded delamination ends. This shows dissimilar delamination propagation rates. The maximum is seen to occur in the delamination front in the unstiffened region of the wingskin. The curvature geometry and material anisotropy of SWJ adherends significantly influences the SERR values. Increase in the SERR values are observed with decrease in the radius of curvature of wingskin panel, keeping its width unchanged. SWJs made with flat FRP composite adherends have superior resistance to delamination damage propagation than curved composite laminated SWJ panels. SWJ made with Boron/Epoxy (B/E) material shows greater resistance to the delamination propagation.
Soil-steel bridges are made of flexible corrugated steel plates buried in the well-compacted granular soil. One kind of possible collapses of these structures could be initiated by shear or tension failure in the soil cover subjected to vehicle loads. Current design codes provide the requirements for the minimum depth of the soil cover to avoid problems associated with soil cover failures. However, these requirements were developed for short span (less than 7.7 m) structures which are made of unstiffened plates of standard corrugation (150$\times$50 m). Numerical analyses were carried out to investigate the behavior of long span soil steel bridges according to thickness of the soil cover. The span of structures were up to 20 m and deep corrugated plates (381$\times$140 m) were used. The analysis showed that the minimum cover depth of 1.5 m could be sufficient to prevent the soil cover failure in the structures with a span exceeding 10 m. Additional analyses were performed to verify the reinforcement effect of the concrete relieving slab which can be a special feature to reduce the live-load effects. Analyses revealed that the bending moment of the conduit wall with a relieving slab was less than 20% of that without a relieving slab in a case of shallow soil cover conditions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.7
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pp.692-700
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2012
Vibration intensity has been used to localize vibration source of a vibrating system. Not only that, vibration intensity has also been used for structural diagnostic in identifying crack and mounted stiffeners. To clearly identify the location of vibration source and understand the changes of energy transmission path, clear flow visualization is required. Most of previous works used vectors to indicate the magnitude and direction of emerging vibration energy and transmission paths. However, due to the large surface area of a plate like-structure, clear transmission paths cannot be achieved using vector visualization. This becomes an issue when detail vector flow at all locations of the whole plate surface is required. In this study, streamlines visualization is used to clearly indicate the power flow transmission path at all plate surface. By using streamlines representation, not only clear transmission paths are obtained, but also improves the vector visualization which helps us to understand the changes of the energy flow especially for stiffened plates. In this study, vibration intensity computation is firstly compared to previous work to validate the vibration intensity computation. To clearly show the power flow transmission paths, streamlines representation is shown. This representation overcomes the unclear vector direction especially for stiffened plates. Different pattern of energy transmission path can be observed using streamlines representation for stiffened and unstiffened plate. The complex streamlines pattern can also be observed at high resonance frequencies which is unclear by using vector representation.
In this paper, the stress, buckling and vibration analyses have been performed for several case with the spot weld stiffened rear side frame, the unstiffened rear side frame and the dual thickness laser weld rear side frame. For stress and vibration analyses, the clamped boundary condition with spring supports are used. But for the buckling analyses, the both ends simply supported boundary conditions are used. For the nummerical analyses, ANSYS 5.0 code is adopted. Maximum stress of the spot weld stiffened rear side frame occurs in the main frame and is 80.9 MPa. Maximum strain is 501 .mu.. The maximum stress of the dual thickness laser weld rear side frame of 1.8mm thickness structure is equal with the stress of spot weld stiffened frame. The weight of dual thickness laser weld frame can be reduced about 17.2%. For the stiffened spot weld rear side frame with both ends simply supported boundary conditon, the bucking load is 52.54 kN. When the thickness of the dual thickness laser weld rear side frame become 1.9mm thickness structure, the buckling load of the stiffenerd rear side frame is equal to that of dual thickness laser weld frame. The reduction of the structure weight is about 5%. The fundamental natural frequency of the stiffened spot weld rear side frame for bending mode is 163.6 Hz and that of the dual thickness laser weld rear side frame is 179.8 Hz.
The main objective of this paper is to analyze the rectangular stiffened plates with two opposite ends elastically restrained and the others simply supported subjected to in-plane bending by Finite Element Method. Another objective is to develope Classical Method analyzing the unstiffened rectangular plates with the above boundary conditions. In order to validate finite element and classical methods, the buckling strengths of the rectangular plates with four simply supported ends, and with two simply supported and the others fixed ends by finite element method and classical method are compared with those of references. In finite element method, elastically restrained ends can be obtained as considering torsional and warping rigidities of end stiffeners. The buckling strengths of the rectangular plates with elastically restrained ends by finite element and classical methods are calculated and compared with each other. In case of stiffened plates, to validate finite element method, the buckling strengths of the rectangular stiffened plates with four simply supported ends, and with two simply supported and the others fixed ends are also compared with those of references. The buckling strengths of the rectangular stiffened plates with elastically restrained ends by finite element method are calculated as solving eigenvalue problems which are obtained as assembling rectangular plate elements and beam elements considered torsional and warping rigidities. The buckling strengths of rectangular stiffened plates according to various positions of rectangular intermediate stiffener, J and I/sub w/ of end stiffeners are also obtained, which are compared to determine the efficient position of intermediate stiffener.
Kim, Do-Young;Sim, Chang-Hoon;Park, Jae-Sang;Yoo, Joon-Tae;Yoon, Young-Ha;Lee, Keejoo
Composites Research
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v.34
no.5
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pp.283-289
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2021
This paper derives numerically the buckling Knockdown factors using two different initial imperfection models, such as geometric and loading imperfection models, to investigate the unstiffened composite cylinder with an ellipse pre-buckling deformation pattern. Single Perturbation Load Approach (SPLA) is applied to represent the geometric initial imperfection of a thin-walled composite cylinder; while Single Boundary Perturbation Approach (SBPA) is used to represent the geometric and loading imperfections simultaneously. The buckling Knockdown factor derived using SPLA is higher than NASA's buckling design criteria by approximately 84%, and lower than buckling test result by 9%. The buckling Knockdown factor using SBPA is higher than NASA's buckling design criteria by about 75%, and 14% lower than the buckling test result. Therefore, it is shown that the buckling Knockdown factors derived in this study can provide a lightweight design compared to the previous buckling design criteria while they give reasonably a conservative design compared to the buckling test for both the initial imperfection models.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.191-203
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2006
The vibration characteristics of composite stiffened laminated plates with stiffener is presented using the assumed natural strain 9-node shell element. To compare with previous research, the stiffened plates are composed of carbon-epoxy composite laminate with a symmetric stacking sequence. Also, the result of the present shell model for the stiffener made of composite material is compared with that of the beam model. In the case of torsionally weak stiffener, a local buckling occurs in the stiffener. In this case, the stiffener should be idealized by using the shell elements. The current investigation concentrates upon the vibration analysis of rectangular stiffened and unstiffened composite plates when subjected to the in-plane compression and shear loads. The in-plane compression affect the natural frequencies and mode shapes of the stiffened laminated composite plates and the increase in magnitude of the in-plane compressive load reduces the natural frequencies, which will become zero when the in-plane load is equal to the critical buckling load of the plate. The natural frequencies of composite stiffened plates with shear loads exhibit the higher values than the case of without shear loads. Also, the intersection, between the curves of frequencies against in-plane loads, interchanges the sequence of some of the mode shapes as a result of the increase in the inplane compressive load. The results are compared with those available in the literature and this result shows that the present shell model for the stiffened plate gives more accurate results. Therefore, the magnitude, direction type of the in-plane shear and compressive loads in laminated composite stiffened plates should be selected properly to control the specific frequency and mode shape. The Lanczos method is employed to solve the eigenvalue problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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