A concept of crash energy absorbing (CEA) lattice structure for an inflatable morphing vehicle body (Lee et al. 2008) has been investigated as a method of providing rigidity and energy absorption capability during a vehicular collision (Lee et al. 2007). A modified analytical model for the CEA lattice structure design is described in this paper. The modification of the analytic model was made with a stiffness approach for the elastic region and updated plastic limit analysis with a pure plastic bending deformation concept and amended elongation factors for the plastic region. The proposed CEA structure is composed of a morphing lattice structure with movable thin-walled members for morphing purposes, members that will be locked in designated positions either before or during the crash. What will be described here is how to model the CEA structure analytically based on the energy absorbed by the CEA structure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.91-101
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2004
For the grillage which is common types of structures in marine and land-based structural system, the elastic response and design methods are usually applied. However, plastic analysis and design methods are considered Tn those structures to maintain the structural stability at the limit states. In grillage design, the central intersection point load may be used as a worst loading condition. However, a point load may often move around on the grid system. in such case, the worst load point would not necessarily be at the central point. To investigate the variation of plastic collapse load according to the location of moving load between intersections, the plastic collapse loads are obtained for the three types of grillages with simply-supported ends. From the result of each case, it is confirmed that the worst load point is located between intersections. General formulae related with plastic collapse loads for the three groups of grillages with simply-supported boundaries are derived. Those plastic collapse formulae for the grillages are applied to the design of pontoon deck, and optimum design procedure is illustrated. Consequently, general formulae for the plastic collapse of grillages derived from this study can be easily applied to the plastic analysis and optimum design of similar grillages.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.425-431
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2001
In order to take account of the statistical properties of probability variables used in the structural analysis, the conventional approach using the safety factor based on past experience usually estimated the safety of a structure. The real structures could only be analyzed with the error in estimation of loads, material characters and the dimensions of the members. But the errors should be considered systematically in the structural analysis. Structural safety could not precisely be appraised by the traditional structural design concept. Recently, new approach based on the probability concept has been applied to the assessment of structural safety using the reliability concept. In this study, safety of structures will estimated by the reliability analysis with commercial structural software that has the tools of nonlinear elastic-plastic 3-D analysis. Experimental test result is compared to results from this research and Coan/sup 1)/ In this paper, AFOSM(Advanced First-Order Second Moment method) is applied with von Mises, Tresca and Mohr-Coulomb failure criterions. The reliability index β and probability of failure P/sub f/ can be obtained by following this practical procedure as judgement a safety of structures and necessity of reinforcing.
Surmiri, Azam;Nayebi, Ali;Rokhgireh, Hojjatollah;Varvani-Farahani, Ahmad
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.1
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pp.101-108
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2020
The present study intends to analyze damage in thin-walled steel cylinders undergoing constant internal pressure and thermal cycles through use of anisotropic continuum damage mechanics (CDM) model coupled with nonlinear kinematic hardening rule of Chaboche. Materials damage in each direction was defined based on plastic strain and its direction. Stress and strain distribution over wall-thickness was described based on the CDM model and the return mapping algorithm was employed based on the consistency condition. Plastic zone expansion across the wall thickness of cylinders was noticeably affected with change in internal pressure and temperature gradients. Expansion of plastic zone over wall-thickness at inner and outer surfaces and their boundaries demarking elastic and plastic regions was attributed to the magnitude of damage induced over thermomechanical cycles on the thin-walled samples tested at various pressure stresses.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.181-184
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2008
Austenitic stainless steel is used as high temperature components such as gas turbine blade and disk because of its good thermal resistance. In the present investigation, tensile and low cycle fatigue behavior of 316 stainless steel was studied at wide temperature range $20^{\circ}C{\sim}750^{\circ}C$. In the tensile tests, it was shown that elastic modulus, yield strength, ultimate tensile strength decreases when temperature increased. The effect on fatigue failure of the parameters such as plastic strain amplitude and plastic strain energy density was also investigated. With the experimental results, a structural analysis of turbine blades of 316 stainless steel were carried out.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.144-155
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2000
초록 The validity, of a single parameter such as stress intensity, factor K or J-integral in traditional fracture mechanics depends strongly on the geometry, and loading condition. Therefore the second parameter like T-stress measuring the stress constraint is additionally needed to characterize the general crack-tip fields. While many, research works have been done to verify, the J-T description of elastic-plastic crack-tip stress fields in plane strain specimens, limited works (especially. for bimaterials) have been performed to describe the structural surface crack-front stress fields with the two parameters. On this background, via detailed three dimensional finite element analyses for surface-cracked plates and straight pipes of homogeneous materials and bimaterials under various loadings, we investigate the extended validity or limitation of the two parameter approach. We here first develop a full 3D mesh generating program for semi-elliptical surface cracks, and calculate elastic T-stress from the obtained finite element stress field. Comparing the J-T predictions to the elastic-plastic stresses from 3D finite element analyses. we then confirm the extended validity of fracture mechanics methodology based on the J-T two parameters in characterizing the surface crack-front fields of welded plates and pipes under various loadings.
Kim, Kookhyun;Park, Sungju;Lee, Sangjoong;Hwang, Seongjun;Kim, Sumin;Lee, Yonghee
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.6
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pp.481-488
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2020
Composite materialsuch as glass-fiber reinforced plastic and carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) shows anisotropic property and have been widely used for structural members and outfitings of ships. The structural safety of composite structures has been generally evaluated via finite element analysis. This paper presents a technique for updating the finite element model of anisotropic beams or plates via natural frequencies. The finite element model updates involved a compensation process of anisotropic material properties, such as the elastic and shear moduli of orthotropic structural members. The technique adopted was based on a discrete genetic algorithm, which is an optimization technique. The cost function was adopted to assess the optimization problem, which consisted of the calculated and referenced low-order natural frequencies for the target structure. The optimization process was implemented with MATLAB, which includes the finite element updates and the corresponding natural frequency calculations with MSC/NASTRAN. Material properties of a virtual cantilevered orthotropic beam were estimated to verify the presented method and the results obtained were compared with the reference values. Furthermore, the technique was applied to a cantilevered CFRP beam to successfully estimate the unknown material properties.
Stability of a cylindrical shell subject to a uniform axial compression, which is a power function of time, is examined within the framework of small strain elasto-plasticity. The material of the shell is incompressible and the effect of the elastic unloading is considered. Initially, employing the infinitesimal elastic-plastic deformation theory, the fundamental relations and Donnell type stability equations for a cylindrical shell have been obtained. Then, employing Galerkin's method, those equations have been reduced to a time dependent differential equation with variable coefficient. Finally, for two initial conditions applying a Ritz type variational method, the critical static and dynamic axial loads, the corresponding wave numbers and dynamic factor have been found. Using those results, the effects of the variations of loading parameters and the variations of power of time in the axial load expression as well as the variations of the radius to thickness ratio on the critical parameters of the shells for two initial conditions are also elucidated. Comparing results with those in the literature validates the present analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.609-616
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2011
In the study, we analyzed the collision characteristics of a so-called arch-type submarine cable protector by considering the changes in drop heights of a stock anchor and material models for concrete and steel reinforcing bars. We considered plastic kinematics model and Johnson-Holmquist Concrete model for the concrete and linear elastic model and plastic kinematics model for the reinforcing bars. The drop heights of 2-ton stock anchor were selected as 3, 5, and 8.83m, respectively. ANSYS, a finite element analysis program, was used for the collision analysis. To save computational time, we converted those drop heights into initial velocities by the principle of energy conservation. From the sensitivity of the material models on the drop height changes, it is shown that the collision response of the reinforcing bars is sensitive firstly on the steel models and secondly on the concrete models, while the collision response of the concrete is sensitive only on the concrete models.
The ratcheting and strain cyclic behaviour of joined conical-cylindrical shells under uniaxial strain controlled, uniaxial and multiaxial stress controlled cyclic loading are investigated in the paper. The elasto-plastic deformation of the structure is simulated using Chaboche non-linear kinematic hardening model in finite element package ANSYS 13.0. The stress-strain response near the joint of conical and cylindrical shell portions is discussed in detail. The effects of strain amplitude, mean stress, stress amplitude and temperature on ratcheting are investigated. Under strain symmetric cycling, the stress amplitude increases with the increase in imposed strain amplitude. Under imposed uniaxial/multiaxial stress cycling, ratcheting strain increases with the increasing mean/amplitude values of stress and temperature. The abrupt change in geometry at the joint results in local plastic deformation inducing large strain variations in the vicinity of the joint. The forcing frequency corresponding to peak axial ratcheting strain amplitude is significantly smaller than the frequency of first linear elastic axial vibration mode. The strains predicted from quasi static analysis are significantly smaller as compared to the peak strains from dynamic analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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