The number of explosive attacks on civilian structures has recently increased. Protection of structure subjected to blast load remains quite sophisticated to predict. The use of the pyramid cover system (PCS) to strengthen sandwich structures against a blast terror has great interests from engineering experts in structural retrofitting. The sandwich steel structure performance under the impact of blast wave effect is highlighted. A 3-D numerical model is proposed to study the PCS layer to strengthen sandwich steel structures using finite element analysis (FEA). Hexagonal core sandwich (XCS) steel panels are used to study structural retrofitting using the PCS layer. Field blast test is conducted. The study presents a comparison between the results obtained by both the field blast test and the FEA to validate the accuracy of the 3-D finite element model. The effects are expressed in terms of displacement-time history of the sandwich steel panels and pressure-time history effect on the sandwich steel panels as the explosive wave propagates. The results obtained by the field blast test have a good agreement with those obtained by the numerical model. The PCS layer improves the sandwich steel panel performance under impact of detonating different TNT explosive charges.
This paper investigates the sound insulation performance of the fiber sandwich panels for a tilting train. Due to the high strength and low mass, fiber sandwich panels are widely used for aircraft structures, railway vehicle structures. These fiber sandwich panels show orthotropic behavior because of the fiber's structural characteristics. This orthotropy often reduces the critical frequency and makes negative effect on the sound insulation performance. In this study, transmission loss of the fiber panels is analyzed based on the equivalent orthotropic plate model. An analysis program is developed to calculate the transmission loss of the fiber sandwich panels. Using the program, the coincidence frequency ranges and their effects on the transmission loss are investigated.
구조해석기법의 발전과 경제성을 중시하는 현실에 의해 건축물 주골조의 모멘트 강도비($M_u/{\Phi}M_n$)는 점차 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 지붕재로 샌드위치패널을 사용하는 건축물의 안전성검토를 위하여, 지붕하중의 증가에 따른 구조해석을 실시하여 주구조부재의 $M_u/M_y$와 $M_u/M_p$의 변화를 검토하였다. 해석모델은 PEB구조 건물과 일반 H형강구조 건물을 대상으로 지붕하중을 증가시켜 구조해석을 실시하였다. 해석결과 해석모델의 지붕 설계하중의 약11% 증가할 경우, 주구조부재의 $M_u/M_y$가 1을 초과하였고, 약 36% 증가할 경우 작용모멘트가 소성모멘트보다 커져 부재의 파괴가 예상되었다. 중도리간격에 따른 지붕외장재가 지지할 수 있는 최대하중, KS기준에서 제시한 최대하중, 외장재생산업체의 시험값으로 산정한 최대하중을 비교하였다. 3가지 방법으로구한 패널이 지지할 수 있는 최대하중값은 주구조부재의 파괴가 예측되는 하중보다 큰 값을 나타내었다. 따라서 예상치 못한 지붕하중 증가로 인해 외장재의 파괴이전에 주구조부재의 파괴로 인한 구조물 전체 붕괴가 발생할 수 있으므로 안전성 확보를 위해서는 지붕외장재의 구조성능에 대한 정확한 정보의 필요성과 외장재 역시 구조설계대상임을 알 수 있었다.
The structural stiffness, strength and stability on the bodyshell and floor structures of the Korean Low Floor Bus composed of laminate, sandwich panels and metal reinforced frame were evaluated. The laminate composite panel and facesheet of sandwich panel were made of WR580/NF4000 glass fabric/epoxy laminate, while aluminum honeycomb or balsa was applied to the core materials of the sandwich panel. A finite element analysis was used to verify the basic design requirements of the bodyshell and the floor structure. The use of aluminum reinforced frame and honeycomb core was beneficial for weight saving and structural performance. The symmetry of the outer and inner facesheet thickness of sandwich panels did not affect the structural integrity. The structural strength of the panels was evaluated using Von-Mises criterion for metal structures and total laminate approach criterion for composite structures. All stress component of the bodyshell and floor structures were safely located below the failure stresses. The total laminate approach is recommended to predict the failure of hybrid sandwich composite structures at the stage of the basic design.
We have evaluated the structural integrity of a sandwich composite train roof which can find a lightweight, cost saving solution to large structural components for rail vehicles in design stages. The sandwich composite train roof was 11.45 meter long and 1.76 meter wide. The reinforced frame was inserted in sandwich panels to improve the structural performance of train roof structure and had the shape of hollow rectangular box. The finite-element analysis was used to calculate the stresses, deflections and natural frequencies of the sandwich composite train roof against the weight of air-condition system. The 3D sandwich FE model was introduced to simulate the hollow aluminum frames which jointed to both sides of the sandwich train roof. The results shown that the structural performance of a sandwich composite train roof under load conditions specified was proven and the use of aluminum reinforced frame was beneficial with regard to weight savings in comparison to steel reinforced frame.
The purpose of this study was to analyze factors influencing insulation performance of inorganic Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) sandwich wall panels with the application of shear connectors. To analyze the effect of shear connectors on the thermal performance of sandwich wall panels, heat transfer analysis was conducted by using the three-dimensional heat transfer simulation software. Four types of shear connector such as Pin, Clip, Grid, and Truss were selected for insulation performance analysis. Thermal bridge coefficient was calculated by varying typical panel thickness and shear connector thickness and materials such as steel, aluminum, and stainless steel. The results showed that Grid and Truss type widely distributed along the section of sandwich wall panel had a great influence on the thermal bridge coefficient by changing the influence factors. Based on the results of thermal and structural performance analysis, effective heat transmission coefficient of the sandwich wall panel satisfying the passive house insulation criteria was calculated. As a result, it was found that heat transmission coefficient was increased from $0.132W/m^2{\cdot}K$ to $0.141{\sim}0.306W/m^2{\cdot}K$ depending on the shear connector types and materials. In the majority of cases, the passive house insulation criteria was not satisfied after using shear connectors. The results of this study were likely to vary according to how influence factors were set, but it is important to apply the methods that reduce the thermal bridge when there would be a possibility of greatly affecting the insulation performance.
Marante, Maria E.;Barreto, Wilmer J.;Picon, Ricardo A.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권5호
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pp.545-552
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2019
The analysis and design of complex structures like sandwich-panel elements are difficult; the use of finite element method for the analysis is complicated and time consuming when non-linear effects are considered. On the other hand, artificial neural network (ANN) models can capture the non-linear effects and its application requires lesser computational demand. Two ANN models were trained, tested and validated to compute the force for a given displacement of a sandwich-type roof element; 2555 force and element deformation pairs were used for training the ANN models. For the models trained without considering the damping effect, there were two values in the input layer: maximum displacement and current displacement, and for the model considering damping, displacement from the previous step was used as an additional input. Totally, 400 ANN models were trained. Results show that there is a good agreement between the experimental and simulated data, and the models showed a good performance with a mean square error value of 4548.85. Both the ANN models could simulate the inelastic behaviour, loss of rigidity, and evolution of permanent displacements. The models could also interpolate and extrapolate, which enables them to be used as an analysis and design tool for such complex elements.
The present study aims to design a multilayer microstrip antenna with composite sandwich construction and investigate fatigue behavior of this multilayer SAS (surface antenna structure) that was asymmetric sandwich structure for the next generation of structural surface technology. This term, SAS, indicates that the structural surface becomes an antenna. Constituent materials were selected considering electrical properties, dielectric constant and tangent loss as well as mechanical properties. For the antenna performance, antenna elements inserted into structural layers were designed for satellite communication at a resonant frequency of 12.2 GHz. From electrical measurements, it was shown that antenna performances were in good agreement with design requirements. In cyclic 4-point bending, flexure behavior was investigated by static and fatigue test. Fatigue life curve of the SAS was obtained. The experimental results of bending fatigue were compared with single load level fatigue life prediction equations and in good agreement. The SAS concept is can be extended to give a useful guide for manufacturers of structural body panels as well as antenna designers.
3-D wall panels are used in construction of exterior and interior bearing and non-load bearing walls and floors of building of all types of construction. Fast construction, thermal insulation, reduced labor expense and weight saving are the most well pronounced advantage of such precast system. When the structural performance is concerned, the main disadvantage of 3D panel, when used as floor slab, is their brittleness in flexure. The current study focuses on upgrading ductility and load carrying capacity of 3D slabs in two different ways; using additional tension reinforcement, and inserting a longitudinal concentrated beam. The research is carried on both experimentally and numerically. The structural performance in terms of load carrying capacity and flexural ductility are discussed in details. The obtained results could give better understanding and design consideration of such prefabricated system.
The fiber-reinforced polymer (FRP) composite panel, with the benefits of light weight, high strength, good corrosion resistance, and long-term durability, has been considered as one of the prosperous alternatives for structural retrofits and replacements. Although with these advantages, a further application of FRPs in bridge engineering may be restricted, and that is partly due to some unsatisfied thermal performance observed in recent studies. In this regard, Kansas Department of Transportation (DOT) conducted a field monitoring program on a bridge with glass FRP (GFRP) honeycomb hollow section sandwich panels. The temperatures of the panel surfaces and ambient air were measured from December 2002 to July 2004. In this paper, the temperature distributing behaviors of the panels are firstly demonstrated and discussed based on the field measurements. Then, a numerical modeling procedure of temperature fields is developed and verified. This model is capable of predicting the temperature distributions with the local environmental conditions and material's thermal properties. Finally, a parametric study is employed to examine the sensitivities of several temperature influencing factors, including the hollow section configurations, environmental conditions, and material properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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