The influences of spring position and spring stiffness on the critical force of a cantilevered beam subjected to a follower force are investigated. The spring attatched to the beam is assumed to be a translational one and can be located at arbitrary positions of the beam as it has not been assumed so far. The effects of transeverse shear deformation and rotary intertia of the beam are also included in this analysis. The charateristic equation for the system is derived and a finite element model of the beam using local coordinates is formulated through extended Hamilton's principle. It is found that when the spring is located at position less than that of 0.5L, the flutter type instability only exists. It is shown that the spring position approaches to the free end of the beam from its midpoint, instability type is changed from flutter to divergence through the jump phenomina according to the increase of spring stiffness.
During strong seismic events, inelastic shear deformation occurs in beam-column joints. To capture inelastic shear deformation, an analytical model for beam-column joint in reinforced concrete (RC) frame structures has been proposed in this study. The proposed model has been developed using a rotational spring and rigid links. The stiffness properties of the rotational spring element have been assigned in terms of a moment rotation curve developed from the shear stress-strain backbone curve. The inelastic rotation behavior of joint has been categorized in three stages viz. cracking, yielding and ultimate. The joint shear stress and strain values at these stages have been estimated using analytical models and experimental database respectively. The stiffness properties of joint rotational spring have been modified by incorporating a geometry factor based on dimensions of adjoining beam and column members. The hysteretic response of the joint rotational spring has been defined by a pivot hysteresis model. The response of the proposed analytical model has been verified initially at the component level and later at the structural level with the two actually tested RC frame structures. The proposed joint model effectively emulates the inelastic behavior precisely with the experimental results at component as well as at structural levels.
The modelling techniques of a center pillar-to-roof rail joint for low frequency vibration analysis are examined and some fundamental problems are addressed. To develop a simplified beam-spring model of the joint, the present work is focused on 1) practical shell modelling techniques and 2) joint spring stiffness estimation methods a practical model-updating method to match the calculated natural frequencies to the experimentally determine ones is proposed, particularly focusing on spot welding modelling. In joint spring modelling, the results from the model with one joint spring are compared with those from the model with three coupled springs. Finally, some fundamental problems in beam-spring modelling are addressed.
First, three point bending analysis for the inclined press door impact beam was carried out to investigate inclination angle effect on the maximum strength with varying support distance. Next, for the system model with spring elements representing body stiffness at door mounting area, the bending structural behavior of impact beam mounted on vehicle was estimated. The mounting distance and inclination angle were changed and the beam bending buckling strength was presumed at the head displacement below which spring stiffness change has little effect on the load. Finally strength ratio to predict the bending buckling strength of impact beam mounted on vehicle from three point bending maximum strength of fixed support distance was suggested.
W-beam guardrail system has been the most popular roadside safety device around the world. Through large plastic deformation and corresponding energy dissipation, a W-beam guardrail system contains and re-directs out-of-control vehicles so as to reduce the impact damage on the vehicle occupants and the vehicles themselves. In this paper, our recent experiments on 1 : 3.75 downscaled W-beam and the beam-post system are reported. The static and impact test results on the load characteristics, the global response and the local cross-sectional distortion are reveled. The effects of three different end-boundary conditions for the beam-only testing are examined. It is found that the load characteristics are much dependent on the combined contribution of the local cross-sectional distortion and the end-supporting conditions. The energy Partitioning between the beam and the supporting Posts in the beam-Post-system testing were also examined. The results showed that the energy dissipation partitioning changed with the input impact energy. Finally, a simple mass-spring model is developed to assess the dynamic response of a W-beam guardrail system in response to an impact loading. The model's prediction agrees well with the experimental results.
A simple mechanical model is proposed to demonstrate qualitatively the pancake progressive collapse of multi-storey structures. The impact between two collapsed storeys is simulated using a simple algorithm that builds on virtual mass-spring-damper system. To analyze various collapse modes, columns and beams are considered separately. Parametric studies show that the process of progressive collapse involves a large number of complex mechanisms. However, the proposed model provides a simple numerical tool to assess the overall behavior of collapse arising from a few initiating causes. Unique features, such as beam-to-beam connection failure criterion, and beam-to-column connection failure criterion are incorporated into the program. Besides, the criterion of local failure of structural members can also be easily incorporated into the proposed model.
A simplified numerical procedure have proposed to trace the dynamic behaviour of offshore tubulars subjected to lateral collision impacts. The local denting and overall bending deformation of the struck tubular are represented by a non-linear spring and an elastic visco-plastic beam respectively. In this method a temporal finite difference method and a spacial finite element method are employed. Using this method various boundary conditions are able to considered and their effects on the extent of damage can be quantified. The extent of damage due to collision can be obtained as results of the dynamic analysis. The predictions using the proposed method have been correlated with existing test results and then the reliability of the procedure has been substantiated. The characteristics of the dynamic response of tubulars under lateral impacts are compared for simply supported roller and fixed end conditions and their effects on the extent of damage are specfied.
Modelling and crashworthiness analysis of simplified vehicle structures with beam element and nonlinear spring element to which axial and bending collapse mecha- nisms are applied are carried out. And on the basis of these analyses, two types of full car modelling and crahworthiness analyses with nonlinear spring and beam element are accomplished. The one is the full car model of which 30% of the structures are modelled with nonlinear spring and beam element, and the other 75% of whole structures. And the results are compared with those of full car analysis with shell element.
본 연구는 복층터널 생애전주기 안정성 평가 프로그램 개발을 위한 초기 연구로서, 복층터널 안전성 분석을 위한 빔-스프링 모델 기반의 구조해석 솔버를 개발하였다. 구축된 복층터널의 빔-스프링 모델을 사용하여 중간슬래브 지지방식, 터널심도 및 지반탄성계수가 복층터널의 안정성에 미치는 영향에 대하여 분석하였으며, 상용 구조해석 프로그램과 비교검토를 수행하였다. 중간슬래브의 지지방식은 세그먼트 라이닝과 일체화 거동에 영향을 미치고, 터널심도가 깊어질수록 중간슬래브가 복층터널의 안정성에 미치는 영향력이 상대적으로 작아지는 것으로 판단된다. 지반탄성계수와 중간슬래브가 세그먼트 라이닝 부재력 분포에 미치는 영향의 관계는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
In case of bus rollover, the body structure of the bus should be designed to ensure the survival space for passengers. So, this study focuses on evaluating rollover strength through a computer simulation using the commercial code, LS-DYNA3D at the initial stage of vehicle development. For this study, section structure was modeled using a simple beam element, and impact boundary conditions required by ECE(Economic Commission for Europe) regulation No.66 were applied. In order to confirm the validity of the beam element bus model, the results compared with the test results and shell element bus model. The analysis errors from beam element bus model are due to the difference in strain energy of joint area between beam and shell model. In this study, a method for the joint modeling was suggested by using nonlinear springs to which the collapse mechanisms were applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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