Jo, Byeong-Chan;Lee, Sang-Gi;Park, Hun-Cheol;Yun, Gwang-Jun;Gu, Nam-Seo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.2
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pp.67-74
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2002
The paper deals with a fully assumed strain soild element that can be used for modeling of thin sensors and actuators. To solve fully coupled field problems, the eledtric potential is regarded as a nodal degree of freedom in addition to three translations in an eighteen node assumed strain soild element. Therefore, the induced electric potential can be calculated for a prescribed load and the actuation displacement can be computed for an input voltage. Since the assumed strain solid element can alleviate locking. A finite element code is developed based on the formulation and typical numerical examples are solved for code validation. Using the code, we have conducted parametric study for THUNDER actuator. It is found that a particular combination of materials for layer curvature of THUNDER improves the actuation displacement.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.10
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pp.6673-6678
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2015
Recently, the free form buildings are constructed frequently. Exterior and interior components of these buildings have the free cross-section and a curved shape. So, There are many usages of classical finite element having tapered section and free-style shape. Some general commercial applications like ETABS, SAP2000, MIDAS are usually used for the safety evaluation of the free form structures. However, there are some limits in the accuracy of structural analysis and the length of analysis time because a very complicated finite element mesh have to be used. Therefore, In this study, a pre and post program module was developed to take advantage of general 3-D curved beam element which has a free-style curved shape and mathematical backgrounds. Pre-post processing module has been developed in this study was developed to control the curvature of the curved members by the NURBS control points. As a result, fast geometric modeling than was possible commercial applications. In addition, realistic depiction of the shape and behavior patterns were possible because of the free-form building allows visual check of the free form.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.153-160
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2008
In this study, we propose a new three-node hybrid-mixed curved beam element with the relaxed-equiribrium stress functions for static analysis. The proposed element considering shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle. The stress functions are carefully chosen from three important considerations: (i) all the kinematic deformation modes must be suppressed, and (ii) the spurious constraints must be removed in the limiting behaviors via the field-consistency, and (iii) the relaxed equilibrium conditions could be incorporated because it might be impossible to select the stress functions and parameters to fully satisfy both the equiribrium conditions and the suppression of kinematic deformation modes in the three-node curved beam hybrid-mixed formulation. Numerical examples confirm the superior and stable behavior of the proposed element regardless of slenderness ratio and curvature. Besides, the proposed element shows the outstanding performance in predicting the stress resultant distributions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.321-328
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2000
An improved formulation of thin-wailed curved beams with variable curvatures based on displacement field considering the second order terms of finite semitangential rotations is presented. From linearized virtual work principle by Vlasov's assumptions, the total potential energy is derived and all displacement parameters and the warping functions are defined at cendtroid axis. In developing the thin-walled curved beam element having eight degrees of freedom per a node, the cubic Hermitian polynomials are used as shape functions. In order to verify the accuracy and practical usefulness of this study, free vibrations and buckling analyses of parabolic and elliptic arche shapes with mono-symmetric sections are carried out and compared with the results analyzed by ABAQUS' shell element.
This research article reported the nonlinear finite solutions of the nonlinear flexural strength and stress behaviour of nano sandwich graded structural shell panel under the combined thermomechanical loading. The nanotube sandwich structural model is derived mathematically using the higher-order displacement polynomial including the full geometrical nonlinear strain-displacement equations via Green-Lagrange relations. The face sheets of the sandwich panel are assumed to be carbon nanotube-reinforced polymer composite with temperature dependent material properties. Additionally, the numerical model included different types of nanotube distribution patterns for the sandwich face sheets for the sake of variable strength. The required equilibrium equation of the graded carbon nanotube sandwich structural panel is derived by minimizing the total potential energy expression. The energy expression is further solved to obtain the deflection values (linear and nonlinear) via the direct iterative method in conjunction with finite element steps. A computer code is prepared (MATLAB environment) based on the current higher-order nonlinear model for the numerical analysis purpose. The stability of the numerical solution and the validity are verified by comparing the published deflection and stress values. Finally, the nonlinear model is utilized to explore the deflection and the stresses of the nanotube-reinforced (volume fraction and distribution patterns of carbon nanotube) sandwich structure (different core to face thickness ratios) for the variable type of structural parameter (thickness ratio, aspect ratio, geometrical configurations, constraints at the edges and curvature ratio) and unlike temperature loading.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.3
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pp.373-393
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2014
A finite element model for predicting the entire nonlinear behavior of reinforced high-strength concrete continuous beams is described. The model is based on the moment-curvature relations pre-generated through section analysis, and is formulated utilizing the Timoshenko beam theory. The validity of the model is verified with experimental results of a series of continuous high-strength concrete beam specimens. Some important aspects of behavior of the beams having different tensile reinforcement ratios are evaluated. In addition, a parametric study is carried out on continuous high-strength concrete beams with practical dimensions to examine the effect of tensile reinforcement on the degree of moment redistribution. The analysis shows that the tensile reinforcement in continuous high-strength concrete beams affects significantly the member behavior, namely, the flexural cracking stiffness, flexural ductility, neutral axis depth and redistribution of moments. It is also found that the relation between the tensile reinforcement ratios at critical negative and positive moment regions has great influence on the moment redistribution, while the importance of this factor is neglected in various codes.
Corrugated board is an efficient low-cost structure material fur the boxes that are widely used for transporting, storing and distributing goods. Corrugated board is also considered as an orthotropic because the principal material directions are the same as in paperboard. The purpose of this study was to elucidate the principal design parameters of ventilating box through the FEA on the various types of ventilating hole. From the viewpoint of the stress distribution and stress level, the optimum pattern and location of the ventilating hole were vertically oblong, and symmetry position with a short distance to the right and left from the center of front and rear panel. And, the optimum location and pattern of hand hole were a short distance to the top from the center of both side panels, and modified shape to increase the radius of curvature of both side in horizontal oblong. In general, the optimum pattern and location of both the ventilating hole and hand hole based on the FEM analysis were well verified by experimental investigation. It is suggested that decrease in compressive strength of the box could be minimized in the same ventilating hole area under the condition of the length of major axis of ventilating hole is less than 1/4 of box length, the ratio of minor axis/major axis is 113.5∼l/2.5, and number of the ventilating holes is even and symmetrical.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.3-10
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2002
Recently, arches are used structurally because of their high in-plane stiffness and strength, which result from their ability to transmit most of the applied loading by axial forces actions, so that the bending actions are reduced. On the other hand, the resistances of arches to (out-of-plane,) flexural-torsional behavior depend on the rigidities EI/sub y/, for lateral bending, GJ for Uniform torsion, and EI/sub w/ for warping torsion which are related to axial stress for flexural-torsional behavior. The resistance of an arch to out-of-plane behavior may be reduced by its in-plane curvature, and so it may require significant lateral bracing. Thus. it is supposed that In-plane preloading which cause an axial stress, have an effect on out-of-plane free vibration behavior of arches. Because axial stresses caused increase or decrease out-of-plane stiffness. But study about this substance is insufficient. In this thesis, We will study an effect of preloading on lateral free vibration of arches, using finite element method based on Kang and Yoo's curved beam theory (about curved beam element have 7 degree of freedom including warping) with FORTRAN programming.
The purpose of this study is to clarify the transitional behavior and main factor of excessive welding distortion caused by fabrication process of STS 304 vacuum vessel having double curvature for the efficient quality control of vacuum vessel. In order to do it, the predictive equations of the welding distortion in simple weldment of vacuum vessel were established by conventional finite element analysis. And the principal factor controlling the welding distortion was identified by evaluating the welding distortion of vacuum vessel in each fabrication process with FEA and simplified thermo elastic method. Based on the results, the principal factors of distortion of vacuum vessel were clarified as angular distortion and transverse shrinkage which are a source of excessive out-of plane distortion in the double curved vacuum vessel. It was expected that the FE analysis results of this study could contribute to establish the proper control method of welding distortion for double curved vacuum vessel.
The thermal eigenvalue responses of the graded sandwich shell structure are evaluated numerically under the variable thermal loadings considering the temperature-dependent properties. The polynomial type rule-based sandwich panel model is derived using higher-order type kinematics considering the shear deformation in the framework of the equivalent single-layer theory. The frequency values are computed through an own home-made computer code (MATLAB environment) prepared using the finite element type higher-order formulation. The sandwich face-sheets and the metal core are discretized via isoparametric quadrilateral Lagrangian element. The model convergence is checked by solving the similar type published numerical examples in the open domain and extended for the comparison of natural frequencies to have the final confirmation of the model accuracy. Also, the influence of each variable structural parameter, i.e. the curvature ratios, core-face thickness ratios, end-support conditions, the power-law indices and sandwich types (symmetrical and unsymmetrical) on the thermal frequencies of FG sandwich curved shell panel model. The solutions are helping to bring out the necessary influence of one or more parameters on the frequencies. The effects of individual and the combined parameters as well as the temperature profiles (uniform, linear and nonlinear) are examined through several numerical examples, which affect the structural strength/stiffness values. The present study may help in designing the future graded structures which are under the influence of the variable temperature loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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