Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.10
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pp.3199-3210
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1996
The buckling and postbuckling behaviors were sutdied analytically and experimentally for stiffened laminated composite panels under compression loading. The panels with I-, blade, -and hat-shapeed stiffeners were investigated. In the analysis, the stiffened panels were anlyzed using the nonlinear finite element method combined with an improved arc-length method. The progressive failure analysis was done by adopting the maximum stress criterion and complete unloading failure model. The effects of the fiber angles were investigated on the buckling and postbuckling behaviors. In the experiment, the web and the lower cap of each stiffener were formed by the continuous lay-up of the skin for cocuring the stiffened panels. Therefore, the separation between stiffener and skin was not found in the junction part even after postbuckling ultimate load and the stiffened panels had excellent postbuckling load carrying capacity. A shadow moire thchnique was used to monitor the out-of-plane deformations of the panels. The piezoelectric films were attached to the panels to get the failure characteristics of the panel. The analytical results on the buckling load, postbuckling ultimate load, and failure pattern showed good agreement with the experimental results.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.1
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pp.21-30
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1985
This paper deals whth the buckling as well as postbuckling analysis of axisymmertric shells taking the initial deflection effects into account. Incremental equilibrium equations, based on the principle of virtual work, were derived by the finite element method, the successive step-by-step Newton-Raphson iterative technique was adopted. To define the transition pattern of postbuckling behavior from the prebuckling state more accurately, a simple solution method was developed, i.e. the critical load was calculated by the load extrapolation method with the determinant of tangent stiffness matrix and the equilibrium configuration in the immediate postbuckling stage was obtained by perturbation scheme and eigenvalue analysis. Degenerated isoparametric shell elements were used to analyse the axisymmetric shell of revolution. And by the method developed in this paper, the computer program applicable to the nonlinear analysis of both thin and moderately thick shells was constructed. To verify the capabilities and accuracies of the present solution method, the computed results were compared with the results of analytical solutions. These results coincided fairly well in both the small deflection and large deflection ranges. Various numerical analyses were done to show the effect of initial deflection and shape of shells on buckling load and postbuckling behavior. Futhermore, corrected directions of applied loads at every increment steps were used to determine the actual effects of large deflection in non-conservative load systems such as hydrostatic pressure load. The following conclusions can be obtained. (1) The method described in this paper was found to be both economic and effective in calculating buckling load and postbuckling behavior of shell structure. (2) Buckling and postbuckling behavior of spherical caps is critically dependent upon their geometric configuration, i.e. the shape of spherical cap and quantities of the initial deflection. (3) In the analysis of large deflection problems of shells by the incremental method, corrections of the applied load directions are needed at every incremental step to compensate the follower force effects.
A method that determines the minimum stiffness of baracing to achieve non-sway buckling conditions at a given story level of a multi-column elastic frame is proposed. Condensed equations that evaluate the required minimum stiffness of the lateral and torsional bracing are derived using the classical stability functions. The proposed method is applicable to elastic framed structures with rigid, semirigid, and simple connections. It is shown that the minimum stiffness of the bracing required by a multi-column system depends on: 1) the plan layout of the columns; 2) the variation in height and cross sectional properties among the columns; 3) the applied axial load pattern on the columns; 4) the lack of symmetry in the loading pattern, column layout, column sizes and heights that cause torsion-sway and its effects on the flexural bucking capacity; and 5) the flexural and torsional end restrains of the columns. The proposed method is limited to elastic framed structures with columns of doubly symmetrical cross section with their principal axes parallel to the global axes. However, it can be applied to inelastic structures when the nonlinear behavior is concentrated at the end connections. The effects of axial deformations in beams and columns are neglected. Three examples are presented in detail to show the effectiveness of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.3
s.234
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pp.503-510
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2005
In this paper, the topology optimization of inner-wall stiffener of cylindrical containers for the use as a rocket fuel tank is presented. Such structures for space mission should have high stiffness against the buck]ins while their weight should be maintained low from the viewpoint of cost and performance. Therefore, in the present work the reciprocal of critical buckling load is adopted as an objective function and the total mass of stiffener is constrained to a prescribed value. Due to the restriction of computational resources a section of cylindrical container is topologically optimized and this result is repeated to obtain the full design. Also, for manufacturability the concept of periodic topology pattern in design domain is newly introduced. In the numerical examples, the results by the proposed approach are investigated and compared with those of isogrid design.
A simplified seismic design procedure for steel structures with buckling-restrained braces (BRB) was proposed based on the energy balance concept and the equal energy assumption. The input seismic energy was estimated from a design spectrum, and the elastic and hysteretic energy were computed using energy balance concept. The size of braces was determined so that the hysteretic energy demand was equal to the hysteretic energy dissipated by the BRB. The validity of using equivalent single-degree-of-freedom systems to estimate seismic input and hysteretic energy demand in multi story structures with BRB was investigated through time-history analysis. The story-wise distribution pattern of hysteretic energy demands was also obtained and was applied in the design process. According to analysis results, the maximum displacements of the 3-story structure designed in accordance with the proposed procedure generally coincided with the target displacements on the conservative side. The maximum displacements of the 6- and 8-story structures, however, turned out to be somewhat smaller than the target values due to the participation of higher vibration modes.
Experiments were conducted in an initially straight laboratory alluvial channel to investigate channel meandering characteristics. The experimental observations revealed an empirical relation between three types of tortuosity ratios used for describing meandering characteristics. Furthermore, the Strauhal number was found to be higher for bed material with greater resistance to erosion than with lower resistance to erosion. The meandering characteristics were also investigated using the concept of buckling employed in solid mechanics and the concept of siphoning of fluid mechanics. The buckling of flow, attributable to the flow nonuniformity across the channel cross-section, was found to follow the same pattern as did meandering observed experimentally. The processes of expansion of meanders and cut-off can be explained using the concept of siphoning. The results of expanding meander planforms observed in four experimental tests supported the viability of these concepts.
An analysis on thermal buckling and postbuckling of composite laminated plates reinforced with a low amount of graphene platelets is performed in the current investigation. It is assumed that graphaene platelets are randomly oriented and uniformly dispersed in each layer of the composite media. Elastic properties of the nanocomposite media are obtained by means of the modified Halpin-Tsai approach which takes into account the size effects of the graphene reinforcements. By means of the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity, third order shear deformation theory and nonuniform rational B-spline (NURBS) based isogeometric finite element method, the governing equations for the thermal postbuckling of nanocomposite plates in rectangular shape are established. These equations are solved by means of a direct displacement control strategy. Numerical examples are given to study the effects of boundary conditions, weight fraction of graphene platelets and distribution pattern of graphene platelets. It is shown that, with introduction of a small amount of graphene platelets into the matrix of the composite media, the critical buckling temperature of the plate may be enhanced and thermal postbuckling deflection may be alleviated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1900-1907
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2012
Since the subpanels of polygonal-section shell have the corners of an obtuse angle larger than 90 degree unlike general plate or box-section structures, this could have an influence on forming nodal lines against local plate buckling or stress distributions. However, there is not sufficient material in the relevant study results or design recommendations. The very feasible models of the initial imperfections were acquired through the literature studies and then the parametric studies were conducted along with the initial imperfection models by using the finite element method. The parameters like the size of residual stresses, the portion of compressive residual stresses, and steel grades were considered. From the parametric studies, it was found that the maximum residual stress is more influential factor than the distribution pattern of residual stresses. In addition, The design strength equations for the simply supported plates can be applicable to the determination of the local buckling strength of the polygonal cross-section shell structures.
The primary object of the paper is to understand the compressive buckling characteristics of steel-concrete structures through the finite element analysis. The buckling pattern, compressive strength and stiffness of the steel plate concrete structures were investigated by the FEM analysis using the variations of B/t ratios and stud pitches. The investigation was focused on steel plate concrete structures with and without ribs placed on the surface of steel plates. The results of the FEM analysis were compared with the previous results from the theoretical equations. Conclusively, the buckling of the steel plate concrete structures occurred in the transverse direction of the loading direction. The stiffness of the steel plate concrete structure with ribs is greater than the one without the stiffened rib. The compressive strength in the FEM analysis is similar to that of JEAG 4681 and it showed 20% greater value than that of the proposed equations.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.2
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pp.29-37
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2003
In this study, a story-wise distribution of hysteretic energy in steel moment resisting framse(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF), and hinge-connected framed structures with buckling restrained braces(HBRBF) subjected to various earthquake ground excitations was investigated. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the energy demand in model structure. According to analysis results, the hysteretic energy in MRF and BRBF turned out to be the maximum at the base and monotonically diminishes with increasing height. However the story-wise distribution of hysteretic energy in HBRBF was relatively uniform over the height of the structure. In this case damage is not concentrated in a single story, and therefore it is considered to be more desirable than other systems. The story-wise energy distribution pattern under three different soil types turned out to be approximately the same.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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