Kalgutkar, Akshay Prakash;Banerjee, Sauvik;Rajanna, T.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.427-446
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2022
Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (ds/bs) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.121-124
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2004
The purpose of this study is to define the optimized layer pattern of composite wind turbine blade by using a commercial FEM program and to perform the fatigue test of T-Bolt. FEM analysis is done by using a PATRAN and ABAQUS to get a information about stress distribution ,critical deformation shape and get a critical load factor in local buckling analysis. As a result of the linear and nonlinear structural analysis, layer pattern of blade was optimized. T-Bolt is a connecting part of wind turbine blade and rotor hub, therefore T-bolt is cirtical part of wind turbine blade. T-bolt fatigue test is conducted to get a information of life cycle of T-bolt. The test is done by using a hydraulic actuator system
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.67-74
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2010
Single layer latticed domes which have a mechanics property, a functional property, a aesthetic property and so on, occupies one part of long span space structures and after this, the using parts will be extended. The frame network pattern of single-layer latticed domes can be infinitely taken into account. The typical network patterns are triangular, square, hexagon, lamella and rib etc. It would take long time and cost too much to erect large roof structures with traditional erection techniques due to require of large number of temporary bracing and supports. The erection of large roof structures requires special techniques. As one of these special techniques is the Step-Up election method that utilizes jack-up supports and this will extremely saves time and cost to erect large roof structures. The objective of this study is to analysis the buckling characteristics of single-layer lamella domes according to the support number and position. From the result of this study, we obtained the fundamental data for the structural engineers who design the temporary support of large roof structures.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2006.09a
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pp.89-96
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2006
The objective of this paper is to find out a reasonable method for docking analysis of ships. The characteristics of reaction force distribution under docking condition are investigated by carrying out parametric study. To assess the allowable reaction force on keel block from structural strength point of view, two kinds of structural assessment methods are proposed in accordance with expected collapse pattern. In order to verify the proposed method, linear buckling and elasto-plastic large deflection analyses of typical double bottom structure are carried out and the results are compared.
El-Kholy, Ahmed M.;Osman, Ahmed O.;EL-Sayed, Alaa A.
Computers and Concrete
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v.29
no.4
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pp.219-235
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2022
Strengthening slender reinforced concrete (RC) columns is a challenge. They are susceptible to overall buckling that induces bending moment and axial compression. This study presents the precise three-dimensional finite element modeling of slender RC columns strengthened with fiber-reinforced polymer (FRP) composites sheets with various patterns under concentric or eccentric compression. The slenderness ratio λ (height/width ratio) of the studied columns ranged from 15 to 35. First, to determine the optimal modeling procedure, nine alternative nonlinear finite element models were presented to simulate the experimental behavior of seven FRP-strengthened slender RC columns under eccentric compression. The models simulated concrete behavior under compression and tension, FRP laminate sheets with different fiber orientations, crack propagation, FRP-concrete interface, and eccentric compression. Then, the validated modeling procedure was applied to simulate 58 FRP-strengthened slender RC columns under compression with minor eccentricity to represent the inevitable geometric imperfections. The simulated columns showed two cross sections (square and rectangular), variable λ values (15, 22, and 35), and four strengthening patterns for FRP sheet layers (hoop H, longitudinal L, partial longitudinal Lw, and longitudinal coupled with hoop LH). For λ=15-22, pattern L showed the highest strengthening effectiveness, pattern Lw showed brittle failure, steel reinforcement bars exhibited compressive yielding, ties exhibited tensile yielding, and concrete failed under compression. For λ>22, pattern Lw outperformed pattern L in terms of the strengthening effectiveness relative to equivalent weight of FRP layers, steel reinforcement bars exhibited crossover tensile strain, and concrete failed under tension. Patterns H and LH (compared with pattern L) showed minor strengthening effectiveness.
Ship structures are basically an assembly of plate elements and estimation load-carrying capacity or the ultimate strength is one of the most important criterion for estimated safety assessment and rational design on the ship structure. Also, Structural elements making up ship plated structures do not work separately against external load. One of the critical collapse events of a ship structure is the occurrence of overall buckling and plastic collapse of deck or bottom structure subjected to longitudinal bending. So, the deck and the bottom plates are reinforced by a number af longitudinal stiffeners to increase their strength and load-carrying capacity. For a rational design avoiding such a sudden collapse, it is very important to know the buckling and plastic behaviour or collapse pattern of the stiffened plate under axial compression. In this present study, to investigate effect af modeling range, the finite element method are used and their results are compared varying the analysis ranges. When making the FEA model, six types of structural modeling are adopted varying the cross section of stiffener. In the present paper, a series of FEM elastoplastic large deflection analyses is performed on a stiffened plate with fiat-bar, angle-bar and tee-bar stiffeners. When the applied axial loading, the influences of cross-sectional geometries on collapse behaviour are discussed. The purpose of the present study is examined to numerically calculate the characteristics of buckling and ultimate strength behavior according to the analysis method of ship's stiffened plate subject to axial loading.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.184-191
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2000
In this research, a numerical model is developed for analysis of buried pipelines considering longitudinal permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction induced lateral spreading. Buried pipelines and surrounding soil are medeled as continuous pipelines using the beam elements and a series of elasto-plastic springs uniformly distributed along the pipelines, respectively. Idealized various PGD patte군 based on the observation of PGD are used as a loading configuration and the length of the lateral spread zone is considered as a loading parameter. Numerical results are verified with other research results and efficient applicability of developed procedure is shown. Analyses are performed by varying different parameters such as PGD pattern, pipe diameter and pipe thickness. Results show that response of buried pipelines are more affected by pipe thickness than pipe diameter. Finally, the critical length of the lateral spread zone and the critical magnitude of PGD which cause yielding, local buckling or tension failure are proposed for the steel pipe which are normally used in Korea.
This study was conducted to understand the characteristics of the compression behavior of steel plate-concrete(SC) structures with a width-to-thickness ratio under axial loading. SC structures are structural systems where concrete is poured into steel plates to which headed stud bolts had been attached inside. The specimens were classified according to the two width-to-thickness (W/T) ratios of 1.60 and 3.56. Through these experiments, the following conclusions could be arrived at. The fracture pattern of the specimens showed that steel plate buckling occurred between the stud lines, and that a crack occurred at the concrete spalling from the sides of the concrete before the system reached the maximum compressive strength. The maximum compressive strength of the specimens was larger than that of the existing equations (AISC 2005, ACI 318-05, and KBC 2005). With the increased W/T ratio of the specimens, the strength of the concrete core was decreased to account for the confinement effects from the steel plates.
A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.
Son J. Y.;Cho J. R.;Bae W. B.;Kwon J. H.;Choi J. H.;Cho Y. S.;Kim T. K.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.458-462
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2005
This paper deal with the optimal lamination condition of cylindrical shell applied new composite URN300 for a study of composite empirical formula. Finite element analyses for isotropic materials considered element numbers and boundary conditions are compared with existing empirical formulas to apply FE analysis for composite. And composite tensile test is done to know the composite material applied FE analysis for composite. The results of FE analyses for isotropic materials have indicated that Optimal element number and boundary condition were 1600 and both simple support. These conditions were applied in composite FE analyses. Ply orientations and lamination patterns in FE analyses for composite were considered. Ply orientations are $0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ},\;60^{\circ},\;75^{\circ},\;and\;90^{\circ}$. Lamination patterns are $[\pm\theta/0/90]_{14s]$ and $[\pm\theta_{14}/0_{14}/90_{14}]_s$ in FE analysis. Lamination pattern $[\pm\theta_{14}/0_{14}/90_{14}]_s$ is the equivalent model of $[\pm\theta/0/90]_{14s}$. At the result of this study, the FE analyses for composite have indicated that the optimized ply orientation $75^{\circ}$ is and real model must use in FE analysis for accurate results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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