Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.119-126
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2010
The some papers which deal with the dynamic instability for shell-like structures under the dynamic excitation have been published, but there are few papers which treat the essential phenomenon of the dynamic buckling using the phase plane for investigating occurrence of chaos. In nonlinear dynamic, examining the characteristics of attractor on the phase plane and investigating the dynamic buckling process are very important thing for understanding why unstable phenomena are sensitively originated by various initial conditions. In this study, the direct and indirect snapping of shallow EP shell considering geometrical nonlinearity are investigated by Galerkin method numerically. This finding out the characteristic of the dynamic instability through the phases curves and running response spectrum.
This paper presents a time-domain approach for analyzing nonlinear random vibrations of long-span suspended cables under transversal wind. A consistent continuous model of the cable, fully accounting for geometrical nonlinearities inherent in cable behavior, is adopted. The effects of spatial correlation are properly included by modeling wind velocity fluctuation as a random function of time and of a single spatial variable ranging over cable span, namely as a one-variate bi-dimensional (1V-2D) random field. Within the context of a Galerkin's discretization of the equations governing cable motion, a very efficient Monte Carlo-based technique for second-order analysis of the response is proposed. This procedure starts by generating sample functions of the generalized aerodynamic loads by using the spectral decomposition of the cross-power spectral density function of wind turbulence field. Relying on the physical meaning of both the spectral properties of wind velocity fluctuation and the mode shapes of the vibrating cable, the computational efficiency is greatly enhanced by applying a truncation procedure according to which just the first few significant loading and structural modal contributions are retained.
The primary objective of this paper is to grasp many characteristics of buckling behavior of latticed spherical domes under various conditions. The Arc-Length Method proposed by E.Riks is used for the computation and evaluation of geometrically nonlinear fundamental equilibrium paths and bifurcation points. And the direction of the path after the bifurcation point is decided by means of Hosono's concept. Three different nonlinear stiffness matrices of the Slope-Deflection Method are derived for the system with rigid nodes and results of the numerical analysis are examined in regard to geometrical parameters such as slenderness ratio, half-open angle, boundary conditions, and various loading types. But in case of analytical model 2 (rigid node), the post-buckling path could not be surveyed because of Newton-Raphson iteration process being diversed on the critical point since many eigenvalues become zero simultaneously.
Koubova, Lenka;Janas, Petr;Markopoulos, Alexandros;Krejsa, Martin
Steel and Composite Structures
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v.33
no.5
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pp.755-765
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2019
This study examined geometric and physical nonlinear analyses of beams and arches specifically from rolled profiles used in mining and underground constructions. These profiles possess the ability to create plastic hinges owing to their robustness. It was assumed that displacements in beams and arches fabricated from these profiles were comparable with the size of the structure. It also considered changes in the shape of a rod cross-section and the nonlinearities of the structure. The analyses were based on virtual unit moments, effective flexural rigidity of used open sections, and a secant method. The use of the approach led to a solution for the "after-critical" condition in which deformation increased with decreases in loads. The solution was derived for static determinate beams and static indeterminate arches. The results were compared with results obtained in other experimental tests and methods.
In this study, effect of various material hardening models based on Holloman's isotropic, Ziegler's linear kinematic, non-linear kinematic and mixture of the isotropic and nonlinear kinematic hardening laws on springback prediction of titanium alloy (Ti-3Al-2.5V) in a tube rotary draw bending (RDB) process was investigated with presenting the keynotes for a comprehensive step by step ABAQUS simulation. Influence of mandrel on quality of the final product including springback, wall-thinning and cross-section deformation of the tube was investigated, too. Material parameters of the hardening models were obtained based on information of a uniaxial test. In particular, in the case of combined iso-nonlinear kinematic hardening the material constants were calibrated by a simple approach based on half-cycle data instead of several stabilized cycles ones. Moreover, effect of some material and geometrical parameters on springback was carried out. The results showed that using the various hardening laws separately cannot describe the material hardening behavior correctly. Therefore, it is concluded that combining the hardening laws is a good idea to have accurate springback prediction. Totally the results are useful for predicting and controlling springback and cross-section deformation in metal forming processes.
In this paper, a new semi-analytical solution for estimating the pull-in parameters of electrically actuated functionally graded (FG) nanobeams is proposed. All the bulk and surface material properties of the FG nanoactuator vary continuously in thickness direction according to power law distribution. Here, the modified couple stress theory (MCST) and Gurtin-Murdoch surface elasticity theory (SET) are jointly employed to capture the size effects of the nanoscale beam in the context of Euler-Bernoulli beam theory. According to the MCST and SET and accounting for the mid-plane stretching, axial residual stress, electrostatic actuation, fringing field, and dispersion (Casimir or/and van der Waals) forces, the nonlinear nonclassical equation of motion and boundary conditions are obtained derived using Hamilton principle. The proposed semi-analytical solution is derived by employing Galerkin method in conjunction with the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The proposed solution approach is validated with the available literature. The freestanding behavior of nanoactuators is also investigated. A parametric study is conducted to illustrate the effects of different material and geometrical parameters on the pull-in response of cantilever and doubly-clamped FG nanoactuators. This model and proposed solution are helpful especially in mechanical design of micro/nanoactuators made of FGMs.
In the areas highly exposed to earthquakes, concrete-filled steel tube columns (CFSTCs) are known to provide superior structural aspects such as (i) high strength for good seismic performance (ii) high ductility (iii) enhanced energy absorption (iv) confining pressure to concrete, (v) high section modulus, etc. Numerous studies were reported on behavior of CFSTCs under axial compression loadings. This paper presents an analytical model to predict ultimate load capacity of CFSTCs with circular sections under axial load by using multivariate adaptive regression splines (MARS). MARS is a nonlinear and non-parametric regression methodology. After careful study of literature, 150 comprehensive experimental data presented in the previous studies were examined to prepare a data set and the dependent variables such as geometrical and mechanical properties of circular CFST system have been identified. Basically, MARS model establishes a relation between predictors and dependent variables. Separate regression lines can be formed through the concept of divide and conquers strategy. About 70% of the consolidated data has been used for development of model and the rest of the data has been used for validation of the model. Proper care has been taken such that the input data consists of all ranges of variables. From the studies, it is noted that the predicted ultimate axial load capacity of CFSTCs is found to match with the corresponding experimental observations of literature.
This paper presents the convected material frame approach to study the nonlinear behavior of inelastic frame structures. The convected material frame approach is a modification of the co-rotational approximation by incorporating an adaptive convected material frame in the basic definition of the displacement vector and strain tensor. In the formulation, each discrete element is associated with a local coordinate system that rotates and translates with the element. For each load increment, the corresponding strain-displacement and nodal force-stress relationships are defined in the updated local coordinates, and based on the updated element geometry. The rigid body motion and deformation displacements are decoupled for each increment. This modified approach incorporates the geometrical nonlinearities through the continuous updating of the material frame geometry. A generalized nonlinear function is used to derive the inelastic constitutive relation and the kinematic hardening is considered. The equation of motion is integrated by an explicit procedure and it involves only vector assemblage and vector storage in the analysis by assuming a lumped mass matrix of diagonal form. Several numerical examples are demonstrated in close agreement with the solutions obtained by the ANSYS code. Numerical studies show that the proposed approach is capable of investigating large deflection of inelastic planar structures and providing an excellent numerical performance.
The intentional buckling design of micro-films has various potential applications in engineering. The buckling amplitude and critical strain of micro-films are the crucial parameters for the buckling design. In the reported studies, the film parameters were regarded as deterministic. However, the geometrical and physical parameters uncertainty of micro-films due to manufacturing becomes prominent and needs to be considered. In the present paper, the probabilistic nonlinear buckling analysis of micro-films with uncertain parameters is proposed for design accuracy and reliability. The nonlinear differential equation and its asymptotic solution for the buckling micro-film with nominal parameters are firstly established. The mean values, standard deviations and variation coefficients of the buckling amplitude and critical strain are calculated by using the probability densities of uncertain parameters such as the film span length, thickness, elastic modulus and compressive force, to reveal the effects of the film parameter uncertainty on the buckling deformation. The results obtained illustrate the probabilistic relation between buckling deformation and uncertain parameters, and are useful for accurate and reliable buckling design in terms of probability.
Soleimani, Ahmad;Dastani, Kia;Hadi, Amin;Naei, Mohamad Hasan
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.517-534
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2019
In this paper, the effects of inevitable out-of-plane defects on the postbuckling behavior of single-layered graphene sheets (SLGSs) under in-plane loadings are investigated based on nonlocal first order shear deformation theory (FSDT) and von-Karman nonlinear model. A generic imperfection function, which takes the form of the products of hyperbolic and trigonometric functions, is employed to model out-of-plane defects as initial geometrical imperfections of SLGSs. Nonlinear equilibrium equations are derived from the principle of virtual work and variational formulation. The postbuckling equilibrium paths of imperfect graphene sheets (GSs) are presented by solving the governing equations via isogeometric analysis (IGA) and Newton-Raphson iterative method. Finally, the sensitivity of the postbuckling behavior of GS to shape, amplitude, extension on the surface, and location of initial imperfection is studied. Results showed that the small scale and initial imperfection effects on the postbuckling behavior of defective SLGS are important and cannot be ignored.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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