Many pipes that are arranged longitudinally in ships have loops at intervals to prevent the failure of the pipes as they absorb large portions of the axial load caused by the bending of the hull girder and/or thermal loads when the pipes are carrying very hot fluids. Since the loops are curved at corners, an efficient method for conducting the structural analyses of these curved portions is required. In this paper, a pipe loop was analyzed by an analytical method and by the finite-element method in four different ways, i.e., based on straight-beam elements, curved-beam elements, 2-D shell elements, and 3-D solid elements. The results of the five analyses were compared to check the validity of the current curved-beam theory. The paper includes some suggestions on how to analyze the pipe loops efficiently.
Kim, Young Ju;Kang, Chang Hoon;Shin, Kyung Jae;Oh, Young Suk;Moon, Tae Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.13
no.6
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pp.715-723
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2001
This paper represents the behavior of CFT column to H-beam full-scale connection with external T-stiffener. 6 specimens whose T-stiffeners which are compounded of vertical element and horizontal element were made under the parameter of the strength ratio of each elements(vertical element and horizontal element in T-stiffener) to the beam full plastic moment. The analysis-parameters demonstrated in the base of the data that we get in experiment are strength stiffness, and plastic rotational capacity. All of specimen showed stable hysteretic behavior, and the horizontal element is more critical than vertical element in strength and stiffness. The mean beam plastic rotation of all specimen except the TS-2 specimen is 2.97% rad.
Recently, promising structural technologies like multi-function, ultra-load bearing capacity and tailored structures have been put up for discussions. Finite Element (FE) modelling is probably the best-known option capable of treating these superior properties and multi-domain behavior structures. However, advanced materials such as Functionally Graded Material (FGM) and nanocomposites suffer from problems resulting from variable material properties, reinforcement aggregation and mesh generation. Motivated by these factors, this research proposes a unified shape function for FGM, nanocomposites, graded nanocomposites, in addition to traditional isotropic and orthotropic structural materials. It depends not only on element length but also on the beam's material properties and geometric characteristics. The systematic mathematical theory and FE formulations are based on the Timoshenko beam theory for beam structure. Furthermore, the introduced element achieves C1 degree of continuity. The model is proved to be convergent and free-off shear locking. Moreover, numerical results for static and free vibration analysis support the model accuracy and capabilities by validation with different references. The proposed technique overcomes the issue of continuous properties modelling of these promising materials without discarding older ones. Therefore, introduced benchmark improvements on the FE old concept could be extended to help the development of new software features to confront the rapid progress of structural materials.
The sensitivities of eigenvalues to the change of element thickness have been calculated for beams in the paper. For a cantilever beam the sensitivities fluctuate more for higher modes. When the thickness of the element near the fixed end increases, the eigenvalues for all modes increase. On the other hand, increasing of the thickness of the element at the tip decreases the eigenvalues for all modes. For a simply supported beam the sensitivities fluctuate more for higher modes, which is the same phenomenon as for a cantilever beam. The sensitivities are always positive for all modes
A new generalized Bernoulli/Timoshenko beam-column element on a two-parameter elastic foundation is presented herein. This element is based on the exact solution of the differential equation which describes the deflection of the axially loaded beam resting on a two-parameter elastic foundation, and can take into account shear deformations, semi - rigid connections, and rigid offsets. The equations of equilibrium are formulated for the deformed configuration, so as to account for axial force effects. Apart from the stiffness matrix, load vectors for uniform load and non-uniform temperature variation are also formulated. The efficiency and usefulness of the new element in reinforced concrete or steel structures analysis is demonstrated by two examples.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.385-392
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2002
Derivation procedures of exact elastic element stiffness matrix of thin-walled curved beams are rigorously presented for the static analysis. An exact elastic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section. First this numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. Thus, the displacement functions of displacement parameters are exactly derived and finally exact stiffness matrices are determined using member force-displacement relationships. The displacement and normal stress of the section are evaluated and compared with thin-walled straight and curved beam element or results of the analysis using shell elements for the thin-walled curved beam structure in order to demonstrate the validity of this study.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.540-545
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2000
This paper presents the exact dynamic element for composite Timoshenko beam, which is inherently subject both to bending and torsional vibration. The coupling effect between bending and torsional vibrations is rigorouly considered in the derivation of the exact dynamic element. Two examples are provided to validate and illustrate the proposed exact dynamic element matrix for composite Timoshenko beam.
Al-Maliki, Ammar F.H.;Faleh, Nadhim M.;Alasadi, Abbas A.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.6
no.2
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pp.147-159
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2019
In present article, a size-dependent refined thick beam element has been established based upon nonlocal elasticity theory. Next, it is used to explore vibration response of porous metal foam nanobeams on elastic medium. The established beam element introduces ten degrees of freedom. Different porosity distributions called uniform, symmetric and asymmetric will be employed. Herein, introduced thick beam element contains shear deformations without using correction factors. Convergence and verification studies of obtained results from finite element method are also provided. The impacts of nonlocality factor, foundation factors, shear deformation, slenderness ratio, porosity kinds and porosity factor on vibration frequencies of metal foam nano-sized beams have been explored.
Messai, Abderraouf;Fortas, Lahcene;Merzouki, Tarek;Houari, Mohammed Sid Ahmed
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.4
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pp.461-479
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2022
A finite element method analysis framework is introduced for the free vibration analyses of functionally graded porous beam structures by employing two variables trigonometric shear deformation theory. Both Young's modulus and material density of the FGP beam element are simultaneously considered as grading through the thickness of the beam. The finite element approach is developed using a nonlocal strain gradient theory. The governing equations derived here are solved introducing a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study is carried out, with a particular focus on the effects of various structural parameters such as the dispersion patterns of GPL reinforcements and porosity, thickness ratio, boundary conditions, nonlocal scale parameter and strain gradient parameters. The results indicate that porosity distribution and GPL pattern have significant effects on the response of the nanocomposite beams.
This paper presents an alternative way to derive the exact element stiffness matrix for a beam on Winkler foundation and the fixed-end force vector due to a linearly distributed load. The element flexibility matrix is derived first and forms the core of the exact element stiffness matrix. The governing differential compatibility of the problem is derived using the virtual force principle and solved to obtain the exact moment interpolation functions. The matrix virtual force equation is employed to obtain the exact element flexibility matrix using the exact moment interpolation functions. The so-called "natural" element stiffness matrix is obtained by inverting the exact element flexibility matrix. Two numerical examples are used to verify the accuracy and the efficiency of the natural beam element on Winkler foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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