Damage detection methods based on modal analysis have been widely studied in recent years. However the calculation of mode shapes in real structures can be time consuming and often requires dedicated software programmes. In the present paper the combined application of proper orthogonal decomposition and gapped smoothing method to structural damage detection is presented. The first is used to calculate the dynamic shapes of a damaged structural element using only the time response of the system while the second is used to derive a reference baseline to which compare the data coming from the damaged structure. Experimental verification is provided for a beam case while numerical analyses are conducted on plates. The introduction of a stiffener on a plate is investigated and a method to distinguish its influence from that of a defect is presented. Results highlight that the derivatives of the proper orthogonal modes are more effective damage indices than the modes themselves and that they can be used in damage detection when only data from the damaged structure are available. Furthermore the stiffened plate case shows how the simple use of the curvature is not sufficient when analysing complex components. The combined application of the two techniques provides a possible improvement in damage detection of typical aeronautical structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.714-721
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2018
In this study, we investigate a design technology intended to radically increase the buckling strength of vertically curved panels. Recent studies proposed a buckling strength formula which properly reflects the effect on the local plate buckling strength of flat plates when they are stiffened by closed section ribs. Herein, we attempted to quantitatively evaluate this effect on curved panels and to reveal the correlations with the design parameters. The commercial finite element software, ABAQUS, was used to build a three dimensional numerical model and numerical parametric studies were conducted to evaluate the variation of the buckling strength. In the case of flat panels, the local buckling strength of stiffened curved panels increases proportionally with increasing rotational stiffness of the closed-section ribs. After attaining a limiting value, an obvious tendency was found that the local buckling strength of the stiffened curved panel would converge towards a fixed value when the panels are supported along both sides. The parametric studies performed using the influential design parameters confirmed that the estimated partially-restrained curved panel strength is well correlated with the proposed formula.
In the design of plate girder web panels, it is required to evaluate accurately the elastic buckling strength under pure shear, pure bending and combined bending and shear. Currently, elastic buckling coefficients of web panels stiffened by transverse intermediate stiffeners are determined by assuming conservatively that web panels are simply supported at the juncture between the flange and web. However, depending upon the geometry and the properties of the plate girder bridge, upper juncture between the flange and web can be assumed as fixed because concrete deck prevents the rotational displacement of upper flange. In the present study, a series of numerical analyses based on finite element modeling is carried out to investigate the effects of the concrete deck, and the resulting data are quantified in simple equations.
The thin web panels of plate girders often need to be reinforced with transverse stiffeners to increase the shear strength. Since early 1960s, extensive researches have been conducted on the ultimate shear strength of plate girder webs with transverse stiffeners. These results have been first adopted into AASHTO(1970) and British Standard(1983) Specifications for the determination of the ultimate shear strength of transversely stiffened web panels. Although the main purposes of reinforcing web panels with longitudinal stiffeners are to increase the buckling strength and to control the lateral deflections due to bending, it has been reported that the longitudinal stiffeners increase the shear strength. However lack of studies has kept the effects of the longitudinal stiffeners on the ultimate shear strength from the design of plate girder web panels. In the present study an experimental investigation is carried out in order to assess the increment of the ultimate shear strength of shear web panels due to the longitudinal stiffeners and the results are compared with the existing failure theories.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2007.12a
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pp.25-26
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2007
Ship are typically thin-walled structures and consists of stiffened plate structure by purpose of required design load and weight reduction etc. Also, a hull structural characteristics are often used in structures with curvature at deck plating with camber, side shell plating at fore and aft parts and bilge circle parts, It have been believed that these structures can be modelled fundamentally by a part of cylinder. Structural component with curvature subjected to combined loading regimes and complex boundary conditions, which can potentially collapse due to buckling. Hence, for more rational and safe design of ship structures, it is crucial importance to better understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for cylindrically curved plate under these load components. In this study, the ultimate strength characteristic of curved plate under combined load(lateral pressure load + axial compressive load) are investigated through using FEM series analysis with varying geometric panel properties.
Kim, Jae Woong;Jang, Beom Seon;Kim, Yong Tai;Chun, Kwang San
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.3
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pp.348-363
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2013
The use of I-Core sandwich panel has increased in cruise ship deck structure since it can provide similar bending strength with conventional stiffened plate while keeping lighter weight and lower web height. However, due to its thin plate thickness, i.e. about 4~6 mm at most, it is assembled by high power $CO_2$ laser welding to minimize the welding deformation. This research proposes a volumetric heat source model for T-joint of the I-Core sandwich panel and a method to use shell element model for a thermal elasto-plastic analysis to predict welding deformation. This paper, Part I, focuses on the heat source model. A circular cone type heat source model is newly suggested in heat transfer analysis to realize similar melting zone with that observed in experiment. An additional suggestion is made to consider negative defocus, which is commonly applied in T-joint laser welding since it can provide deeper penetration than zero defocus. The proposed heat source is also verified through 3D thermal elasto-plastic analysis to compare welding deformation with experimental results. A parametric study for different welding speeds, defocus values, and welding powers is performed to investigate the effect on the melting zone and welding deformation. In Part II, focuses on the proposed method to employ shell element model to predict welding deformation in thermal elasto-plastic analysis instead of solid element model.
The use of high-strength aluminum alloys for ship and offshore structure generally has many benefits compared to the structural steels. These materials are used widely in a variety of fields, especially in the hull and deck of high speed craft, box-girder of bridges, deck and side plates of offshore structure. The structural weight can be reduced using these aluminum structure, which can enable high speed The characteristics of stress-strain relationship of aluminum structure are fairly different from the steel one, because of the influence of Heat Affected Zone(HAZ) by the welding processing. The HAZ of aluminum is much wider than that of steel with its high heat conductivity. In this paper, the ultimate strength characteristics of aluminum stiffened panel subjected to axial loading, such as the relationship between extent of HAZ and the behavior of buckling/ultimate strength, are investigated through the Finite Element Analysis with varying its range.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.367-373
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2008
In the design of horizontally curved plate girder web panels, it is required to evaluate accurately the elastic buckling strength under pure shear. Currently, elastic shear buckling coefficients of curved web panels stiffened by transverse intermediate stiffeners are determined by assuming conservatively that straight web panels without curvature are simply supported at the juncture between the flange and web. However, depending upon the geometry and the properties of the curved plate girder, the elastically restrained support may behave rather closer to a fixed support. The buckling strength of curved girder web is much greater (maximum 38%) than that of a straight girder calculated under the assumption that all four edges are simply supported in Lee and Yoo (1999). In the present study, a series of numerical analyses based on a 3D finite element modeling is carried out to investigate the effects of geometric parameters on both the boundary condition at the juncture and the horizontal curvature of web panel, and the resulting data are quantified in a simple design equation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.254-261
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2004
Until now, there are different kinds of design and evaluation method criteria for ship hulls and ship strength based on allowable stress design using past experiences. But for many sinking accidents of large ships in operation, it has also a doubt about allowable stress design. It is recognized that structural plastic collapse caused by large external force is a main cause of that accidents. Therefore, there is the need for new design criteria based on ultimate limit state with a consideration about progressive collapse behavior as a safety assessment of ship hulls. Also many aluminum alloy ships is built for the purposes of lightweight of ship hulls, with that, a developing of criteria based on ultimate limit state should be made. In this study, the ultimate strength characteristics of aluminum ship hull are investigated by the ALPS/USAS program using already developed design formula for aluminum plate and stiffened panel.
In this study, ultimate strength characteristics of clamped sandwich panels with metal faces and an elastic isotropic core under combined in-plane compression and lateral pressure loads are investigated to verify the applicability of the ultimate strength design formula for ship structures. Alternative elastomer-cored steel sandwich panels are selected instead of the conventional bottom stiffened panels for a Suezmax-class tanker and then the ultimate strength characteristics of the selected sandwich panels are examined by using nonlinear finite element analysis. The change in the ultimate strength characteristics due to the change in the thickness of the face plate and core as well as the amplitude of lateral pressure are summarized and compared with the results obtained by using the ultimate strength design formula and nonlinear finite element analysis. The insights and conclusions developed in the present study will be useful for the design and development of applications for sandwich panels in double hull tanker structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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