This paper presents the theoretical developments of an exact finite strip for the buckling and initial post-buckling analyses of isotropic flat plates. The so-called exact finite strip is assumed to be simply supported out-of-plane at the loaded ends. The strip is developed based on the concept that it is effectively a plate. The present method, which is designated by the name Full-analytical Finite Strip Method in this paper, provides an efficient and extremely accurate buckling solution. In the development process, the Von-Karman's equilibrium equation is solved exactly to obtain the buckling loads and the corresponding form of out-of-plane buckling deflection modes. The investigation of thin flat plate buckling behavior is then extended to an initial post-buckling study with the assumption that the deflected form immediately after the buckling is the same as that obtained for the buckling. It is noted that in the present method, only one of the calculated out-of-plane buckling deflection modes, corresponding to the lowest buckling load, i.e., the first mode is used for the initial post-buckling study. Thus, the postbuckling study is effectively a single-term analysis, which is attempted by utilizing the so-called semi-energy method. In this method, the Von-Karman's compatibility equation governing the behavior of isotropic flat plates is used together with a consideration of the total strain energy of the plate. Through the solution of the compatibility equation, the in-plane displacement functions which are themselves related to the Airy stress function are developed in terms of the unknown coefficient in the assumed out-of-plane deflection function. These in-plane and out-of-plane deflected functions are then substituted in the total strain energy expressions and the theorem of minimum total potential energy is applied to solve for the unknown coefficient. The developed method is subsequently applied to analyze the initial postbuckling behavior of some representative thin flat plates for which the results are also obtained through the application of a semi-analytical finite strip method. Through the comparison of the results and the appropriate discussion, the knowledge of the level of capability of the developed method is significantly promoted.
Huang, Yonghui;Liu, Airong;Pi, Yong-Lin;Bradford, Mark A.;Fu, Jiyang
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.1-15
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2020
This paper presents experimental and numerical studies on effects of local damages on the in-plane elastic-plastic buckling and strength of a fixed parabolic steel tubular arch under a vertical load distributed uniformly over its span, which have not been reported in the literature hitherto. The in-plane structural behaviour and strength of ten specimens with different local damages are investigated experimentally. A finite element (FE) model for damaged steel tubular arches is established and is validated by the test results. The FE model is then used to conduct parametric studies on effects of the damage location, depth and length on the strength of steel arches. The experimental results and FE parametric studies show that effects of damages at the arch end on the strength of the arch are more significant than those of damages at other locations of the arch, and that effects of the damage depth on the strength of arches are most significant among those of the damage length. It is also found that the failure modes of a damaged steel tubular arch are much related to its initial geometric imperfections. The experimental results and extensive FE results show that when the effective cross-section considering local damages is used in calculating the modified slenderness of arches, the column bucking curve b in GB50017 or Eurocode3 can be used for assessing the remaining in-plane strength of locally damaged parabolic steel tubular arches under uniform compression. Furthermore, a useful interaction equation for assessing the remaining in-plane strength of damaged steel tubular arches that are subjected to the combined bending and axial compression is also proposed based on the validated FE models. It is shown that the proposed interaction equation can provide lower bound assessments for the remaining strength of damaged arches under in-plane general loading.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.4
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pp.489-494
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2015
This research focused on minimizing the response of fixed cylindrical offshore structures to a ship impact considering the seawater fluid part. A collision between a ship and offshore structure is generally a complex problem and it is often impractical to perform rigorous finite element analyses to include all the effects and sequences during the collision. The structural behavior of a fixed cylindrical type offshore substructure with a seawater fluid part has a simpler response and small deformation due to the dissipation of impact energy. Upon applying the impact force of a ship to the cylindrical structure, the maximum acceleration, internal energy, and plastic strain are calculated for each load cases using Ls-dyna finite element software. In the maximum cases 2.0 m/s velocity, the response result for the structure was carried out to compare between having a fluid region and no fluid region. Fluid-structure interaction analysis was performed using the ALE method, which make it possible to apply a fluid region on the impact problem. The case of a fixed cylindrical type offshore structure without a seawater fluid part can be a more conservative design.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.22
no.3
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pp.156-162
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2010
When eccentric or inclined load acts on foundation of the port & harbor structures, partial safety factors of bearing capacity limit state were estimated using reliability analysis. Current Korean technical standards of port and harbor structures recommend to estimate the geotechnical bearing capacity using the simplified Bishop method. In practice, however, simple method of comparing ground reaction resistance with allowable bearing capacity has been mostly used by design engineers. While the simple method gives just one number fixed but somewhat convenient, it could not consider the uncertainty of soil properties depending on site by site. Thus, in this paper, partial safety factors for each design variable were determined so that designers do perform reliability-based level 1 design for bearing capacity limit state. For these, reliability index and their sensitivities were gained throughout the first order reliability method(FORM), and the variability of the random variables was also considered. In order to verify partial safety factors determined here, a comparison with foreign design codes was carried out and were found to be reasonable in practical design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.281-288
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2014
As a gas explosion is the most fatal accident in shipbuilding and offshore plant industries, all safety critical elements on the topside of offshore platforms should retain their integrity against blast pressure. Even though many efforts have been devoted to develop blast-resistant design methods in the offshore engineering field, there still remain several issues needed to be carefully investigated. From a procedure for calculation of explosion design pressure, impulse of a design pressure model having completely positive side only is determined by the absolute area of each obtained transient pressure response through the CFD analysis. The negative pressure phase in a general gas explosion, however, is often quite considerable unlike gaseous detonation or TNT explosion. The main objective of this study is to thoroughly examine the effect of the negative pressure phase on structural behavior. A blast wall for specific FPSO topside is selected to analyze structural response under the blast pressure. Because the blast wall is considered an essential structure for blast-resistant design. Pressure time history data were obtained by explosion simulations using FLACS, and the nonlinear transient finite element analyses were performed using LS-DYNA.
Kim, Hyun-Gi;Kim, Sung Chan;Kim, Sung Jun;Kim, Soo Yeon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.343-349
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2013
Crashworthy fuel cells have a great influence on improving the survivability of crews. Since 1960's, the US army has developed a detailed military specification, MIL-DTL-27422, defining the performance requirements for rotorcraft fuel cells. In the qualification tests required by MIL-DTL-27422, the crash impact test should be conducted to verify the crashworthiness of fuel cell. Success of the crash impact test means the improvement of survivability of crews by preventing post-crash fire. But, there is a big risk of failure due to huge external load in the crash impact test. Because the crash impact test itself takes a long-term preparation efforts together with costly fuel cell specimens, the failure of crash impact test can result in serious delay of a entire rotorcraft development. Thus, the numerical simulations of the crash impact test has been required at the early design stage to minimize the possibility of trial-and-error with full-scale fuel cells. Present study performs the numerical simulation using SPH(smoothed particle hydro-dynamic) method supported by a crash simulation software, LS-DYNA. Test condition of MIL-DTL-27422 is reflected on analysis and material data is acquired by specimen test of fuel cell material. As a result, the resulting equivalent stresses of fuel cell itself are calculated and vulnerable areas are also evaluated.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.5
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pp.525-530
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2013
In this study, the generator engine of training ship M/S "HAE RIM" of Kunsan National University which is being operated for 20 years was used in the experiment. The experiment was carried out under the engine speed of 1200rpm, then the load was varied 30 kW intervals from 0 to 90 kW and the injection timing was varied $2^{\circ}$CA intervals from BTDC $19^{\circ}$ to $23^{\circ}$CA. In the case of advancing fuel injection timing from BTDC $21^{\circ}$CA to $23^{\circ}$CA, specific fuel consumption is decreased by 1.37%, NOx is increased by 11.59 %, soot is decreased by 23.5 % and $SO_2$ is decreased by 2.8 %. Accoring to the analysis of effects of fuel injection timing on combustion & exhaust emissions characteristics on an old marine diesel engine, it is proved that the optimum fuel injection timing is BTDC $23^{\circ}$ which is $2^{\circ}$ faster than that of original injection timing.
We study the basic theory and applicability of the WQUAL block in the FFC2Q model and the characteristics of non-point pollutant loads during the early stage of runoff. Study is also performed on selection of the values of the related parameters and their effect on the simulation results. FFC2Q simulation results are compared for verification with the measured data for three rainfall events in the Gunja Subbasin and found to be similar to the measured data in peak-flows, total runoff volumes, total loads, peak concentrations and times of peak concentration. This model thus shows results very close to those applying the SWMM and MOUSE models, even though it uses simplified input data. Related to rainfall distribution, under the condition of Huff 1st quartile distribution the pollutant loads occurred earlier than under other conditions, and in the early stage of rainfall the BOD and COD loads increased faster than the SS loads. The NPS loads were concentrated in the early stage of rainfall and finally reached total loads, so the rainfall after that could not contribute so much to the NPS loads.
Ha, Jong-Eun;Han, Seon-Ho;Park, Jae-Hong;Lee, Dae-Won
Proceedings of the KSR Conference
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2006.11b
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pp.1240-1246
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2006
Generally, there are two types of main factors to affect output power quality of a auxiliary power supply an EMU(electric multiple unit). One is a voltage flicker by amplitude modulation of short time and air compressors. The other is repetitive motion of large capacity motor such as air compressors, HVAC unit etc. in main factors. This paper compared two kinds of fluorescent lamp, 32W (after remodeling interior) and 40W(before remodeling interior) and measured the light output varying input power(AC220V) for a flicker phenomenon related power supply of lamps in EMU. Also, we analyzed a flicker considering EMU operating time and density in order to grasp main factors of a load change to cause a voltage change. As a results of test, a 40W fluorescent lamp was more insensitive with 20.26% degree an eye recognition degree sides about changes of the input power and lower with 19.9% voltage side generating flicker compare with fluorescent lamp 32W. Also, we confirmed the fact which the fluorescent lamp flicker was generated by varying fluorescent lamp output voltage when the commercial EMU was in high driving density and at the busy time. Additionally, we confirmed the frequency band which an EMU passenger could feel sensitively blinking of a fluorescent lamp was visually $8Hz{\sim}15Hz$.
The significant reason for studying computer science lies in the efficient resolution of various problems which can arise in actual life. Consequently, algorithm education is very important in the computer science and plays a great part in helping to enhance the creative ability to solve problems and to improve the programming ability. However, the current algorithm education at an computer science educational institute for the gifted has inadequate systematic quality and is only treated as a part of programming education. From this perspective, this paper carried out following studies in order to design the algorithm education for elementary computer science prodigies. First, the core educational contents was selected by extracting the common elements from existing books related to algorithm education, common study contents on algorithm lesson websites and the study area of ACM's computer algorithm. Second, using the development criteria and selected educational contents, the educational theme for the If weeks load was set. Additionally, the algorithm educational contents were designed for the elementary computer science prodigy based on such theme. Third, the activity site for the use of prodigy educational institute was developed with the background in the educational contents for the elementary computer science prodigy. Fourth, the Delphi analysis technique was used to verify the appropriateness of contents and activity site developed in this paper. It was carried out in 2 separate processes where the first process verified the design of educational contents, and the second process verified the appropriateness of developed activity site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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