This paper focuses on an analytical research on the critical buckling load of cylindrical shells with stepwise variable wall thickness under axial compression. An arctan function is established to describe the thickness variation along the axial direction of this kind of cylindrical shells accurately. By using the methods of separation of variables, small parameter perturbation and Fourier series expansion, analytical formulas of the critical buckling load of cylindrical shells with arbitrary axisymmetric thickness variation under axial compression are derived. The analysis is based on the thin shell theory. Analytic results show that the critical buckling load of the uniform shell with constant thickness obtained from this paper is identical with the classical solution. Two important cases of thickness variation pattern are also investigated with these analytical formulas and the results coincide well with those obtained from other authors. The cylindrical shells with stepwise variable wall thickness, which are widely used in actual engineering, are studied by this method and the analytical formulas of critical buckling load under axial compression are obtained. Furthermore, an example is presented to illustrate the effects of each strake's length and thickness on the critical buckling load.
The current study presents a new technique in the framework of the nonlocal elasticity theory for a comprehensive buckling analysis of Euler-Bernoulli nano-beams made up of bidirectional functionally graded material (BDFGM). The mechanical properties are considered by exponential and arbitrary variations for axial and transverse directions, respectively. The various circumstances including tapering, resting on two-parameter elastic foundation, step-wise or continuous variations of axial loading, various shapes of sections with various distribution laws of mechanical properties and various boundary conditions like the multi-span beams are taken into account. As far as we know, for the first time in the current work, the buckling analyses of BDFGM nano-beams are carried out under mentioned circumstances. The critical buckling loads and mode shapes are calculated by using energy method and a new technique based on calculus of variations and collocation method. Fast convergence and excellent agreement with the known data in literature, wherever possible, presents the efficiency of proposed technique. The effects of boundary conditions, material and taper constants, foundation moduli, variable axial compression and small-scale of nano-beam on the buckling loads and mode shapes are investigated. Moreover the analytical solutions, for the simpler cases are provided in appendices.
The effects of slenderness ratio, eccentricity and column slope on the load-carrying capacities and failure modes of variable and uniform concrete filled steel tubular (CFST) latticed columns under axial and eccentric compression were investigated and compared in this study. The results clearly show that all the CFST latticed columns with variable cross section exhibit an overall failure, which is similar to that of CFST latticed columns with a uniform cross section. The load-carrying capacity decreases with the increase of the slenderness ratio or the eccentricity. For 2-m specimens with a slenderness ratio of 9, the ultimate load-carrying capacity is increased by 3% and 5% for variable CFST latticed columns with a slope of 1:40 and 1:20 as compared with that of uniform CFST latticed columns, respectively. For the eccentrically compressed variable CFST latticed columns, the strain of the columns at the loading side, as well as the difference in the strain, increases from the bottom to the cap, and a more significant increase in strain is observed in the cross section closer to the column cap.
An analytical research on buckling of simply supported thin plate with variable thickness under bi-axial compression is presented in this paper. Combining the perturbation technique, Fourier series expansion and Galerkin methods, the linear governing differential equation of the plate with arbitrary thickness variation under bi-axial compression is solved and the analytical expression of the critical buckling load is obtained. Based on that, numerical analysis is carried out for the plates with different thickness variation forms and aspect ratios under different bi-axial compressions. Four different thickness variation forms including linear, parabolic, stepped and trigonometric have been considered in this paper. The calculated critical buckling loads and buckling modes are presented and compared with the published results in the tables and figures. It shows that the analytical expressions derived by the theoretical method in this paper can be effectively used for buckling analysis of simply supported thin plates with arbitrary thickness variation, especially for the stepped thickness that used in engineering widely.
A half open cross section built-up column, namely cold-formed thin-walled steel built-up column with 12-limbsection (CTSBC-12) is put forward. To deeply reveal the mechanical behaviors of CTSBC-12 under axial compression and put forward its calculation formula of axial bearing capacity, based on the previous axial compression experimental research, the finite element analysis (FEA) is conducted on 9 CTSBC-12 specimens, and then the variable parameter analysis is carried out. The results show the FEA is in good agreement with the experimental research, the ultimate bearing capacity error is within 10%. When the slenderness ratio is more than 96.54, the ultimate bearing capacity of CTSBC-12 decreases rapidly, and the failure mode changes from local buckling to global buckling. With the local buckling failure mode unchanged, the ultimate bearing capacity decreases gradually as the ratio of web height to thickness increases. Three methods are used for calculating the ultimate bearing capacity, the direct strength method of AISI S100-2007 gives result of ultimate axial load which is closest to the test and FEA results. But for simplicity and practicality, a simplified axial bearing capacity formula is proposed, which has better calculation accuracy with the slenderness ratio changing from 30 to 100.
This paper presents some quasi-static tests for 4 mixed columns composed of CFST column and RC column. The seismic performance and failure mode were studied under low-cyclic revised loading. The failure mode was observed under different axial compression ratios. The hysteretic curve and skeleton curve were obtained. The effects of axial compression ratio on yield mechanism, displacement ductility, energy dissipation, stiffness and strength attenuation were analyzed. The results indicate that the failure behavior of CFST-RC mixed column with archaized style is mainly caused by bending failure and accompanied by some shear failure. The axial compression ratio performs a control function on the yielding order of the upper and lower columns. The yielding mechanism has a great influence on the ductility and energy dissipation capacity of specimens. Based on the experiment, finite element analysis was made to further research the seismic performance by ABAQUS software. The variable parameters were stiffness ratio of upper and lower columns, axial compression ratio, yielding strength of steel tube, concrete strength and rebar ratio. The simulation results show that with the increase of stiffness ratio of the upper and lower columns, the bearing capacity and ductility of specimens can correspondingly increase. As the axial compression ratio increases, the ductility of the specimen decreases gradually. The other three parameters both have positive effect on the bearing capacity but have negative effect on the ductility. The results can provide reference for the design and engineering application of mixed column consisted of CFST-RC in Chinese archaized buildings.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.35-40
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2001
The exact solution of strength of reinforced concrete RC columns subjected to axial compression combined with biaxial bending needs trial and adjustment procedure to find the depth and inclination of the neutral axis. Thus, approximate methods of analysis and design for biaxial bending are used in practice. Load contour interprets the relation of biaxial bending and equivalent uniaxial bending by u factor which is related to material properties and column shapes. The purpose of this study is to investigate the behavior of high strength RC columns subjected to the combined axial compression and biaxial bending. Fifteen test specimens with dimensions of 200mm$\times$200mm and 4-Dl3 longitudinal steel were examined. The variable of the test is compressive strength of concrete (350, 585, 650kgf/$cm^{2}$), compression load ratio (0.2$P_{o}}$, 0.35$P_{o}}$, 0.5$P_{o}}$), and inclination of loading ($\theta$=0, 22.5, $45^{\circ}$). Test results of coefficient $\alpha$ depending on the compressive strength of concrete are compared with ACI code.
This study reports the results of a series of tests of pultruded glass fiber reinforced polymer (P-GFRP) box section composite profile columns, geometrically similar with/without concrete core, containing 0-1-2-3% steel fiber, with different lengths. The recycled steel wires were obtained from waste tyres. The effects of steel fiber ratio on the collapse and size effect of concrete filled P-GFRP columns under axial pressure were investigated experimentally and analytically. A total of 36 columns were tested under compression. The presence of pultruded profile and steel wire ratio were selected as the primary variable. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 9.3 times higher than the capacity of concrete without pultruded profile. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 34% higher than that of the pultruded profiles without infilled concrete. The effects of steel wire ratio are more pronounced in slender columns which exhibit buckling behavior. Moreover, the proposed analytical approach to calculate the capacity of P-GFRP columns successfully predicted the experimental findings in terms of both pure axial and buckling capacity.
Park, Sung-Hwan;Park, Yong-Ho;Lee, Ji-Min;Kim, Jong-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.75-81
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2008
A robust controller is proposed for regulating effectively the pressure of control cylinder of swash plate type variable displacement axial piston pump. In order to design a precise and robust pressure control system, a mathematical model for swash plate control system is identified by the signal compression method. Based on the identified mathematical model, an $H_{\infty}$ robust swash plate controller is designed which is robust to the variation of the load pressure. The precise and robust swash plate control characteristics are verified by experiments.
The purpose of the present study was to develop the numerical method for predicting the on-design and off-design performance of multistage axial-flow compressors. The aerodynamic properties in blade rows were analyzed by incorporating the streamline curvature method as a quasi 3D analysis with the imperical modeling of exit flow angle and loss coefficients. The present calculation procedure has been tested by applying to 5-stage compressors and good agreement with experiments has been found. The detail analysis of aerodynamic performances has been done on the compression part of the bench-scaled gas turbine engines. The predicted performance map at the variable speedline and flow rates could be used as a guide of the engine operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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