International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.1
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pp.39-59
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2014
Nowadays aluminum stiffened plates are one of the major constituents of the marine structures, especially high-speed vessels. On one hand, these structures are subject to various forms of loading in the harsh sea environment, like hydrostatic lateral pressures and in-plane compression. On the other hand, fusion welding is often used to assemble those panels. The common marine aluminum alloys in the both 5,000 and 6,000 series, however, lose a remarkable portion of their load carrying capacity due to welding. This paper presents the results of sophisticated finite-element investigations considering both geometrical and mechanical imperfections. The tested models were those proposed by the ultimate strength committee of $15^{th}$ ISSC. The presented data illuminates the effects of welding on the strength of aluminum plates under above-mentioned load conditions.
In this work, the effect of the correction fibers direction on the efficiency of repairing damaged composite plates was highlighted. The composite plates studied in this work consist of eight layers of graphite/epoxy, while the patch used in this repair consists of four layers of the same type. The results obtained in this work, whether with regard to the experimental or analytical side, showed that the fibers orientation affects the repair efficiency, so the closer the angle of fibers inclination is to the tensile strength direction, the performance of the composite material is ideal. Hence, we conclude that the composite materials with longitudinal fibers (Parallel to tensile strength) is the most powerful and efficient material in performance.
Kim, Joo-Hyun;Park, Joo-Shin;Lee, Kyung-Hun;Kim, Jeong-Hyeon;Kim, Myung-Hyun;Lee, Jae-Myung
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.6
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pp.705-726
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2014
In general, cylindrically curved plates are used in ships and offshore structures such as wind towers, spa structures, fore and aft side shell plating, and bilge circle parts in merchant vessels. In a number of studies, it has been shown that curvature increases the buckling strength of a plate under compressive loading, and the ultimate load-carrying capacity is also expected to increase. In the present paper, a series of elastic and elastoplastic large deflection analyses were performed using the commercial finite element analysis program (MSC.NASTRAN/PATRAN) in order to clarify and examine the fundamental buckling and collapse behaviors of curved plates subjected to combined axial compression and lateral pressure. On the basis of the numerical results, the effects of curvature, the magnitude of the initial deflection, the slenderness ratio, and the aspect ratio on the characteristics of the buckling and collapse behavior of the curved plates are discussed. On the basis of the calculated results, the design formula was developed to predict the buckling and ultimate strengths of curved plates subjected to combined loads in an analytical manner. The buckling strength behaviors were simulated by performing elastic large deflection analyses. The newly developed formulations were applied in order to perform verification analyses for the curved plates by comparing the numerical results, and then, the usefulness of the proposed method was demonstrated.
The use of advanced composite materials has grown in recent years in aerospace and other structures. Out of various kinds of repairing methods the one selecteh for this study is an idealized case which simulates a situation where a damaged laminate has been repaired by drilling a hole and therefter plugging the hole with reinforcement. Two typesof reinforcement are investigated ;adhesively bonged plug reinforcement or snug-fit unbonded plug in the hole. For each case of reinforcement, four different sizes of hole diameter and three types of reinforcing material(steel, aluminum, plexiglass) are employed for investigation. The experiment are mainloy forced on the evaluation of ultimate strength of laminate with reinforced hole in comparison to its counterpart with the open hole.
Two cases of design are performed for the hyperbolic paraboloid saddle shell (Lin-Scordelis saddle shell) and the hyperbolic cooling tower (Grand Gulf cooling tower) to check the design strength against a consistent design load, therefore to verify the adequacy of the design algorithm. An iterative numerical computational algorithm is developed for combined membrane and flexural forces, which is based on equilibrium consideration for the limit state of reinforcement and cracked concrete. The design algorithm is implemented in a finite element analysis computer program developed by Mahmoud and Gupta. The amount of reinforcement is then determined at the center of each element by an elastic finite element analysis with the design ultimate load. Based on ultimate nonlinear analyses performed with designed saddle shell, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 7% to 34% for analyses with various magnitude of tension stiffening. For the cooling tower problem the calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 26% to 63% with similar types of analyses. Since the effective tension stiffening would vary over the life of the shells due to environmental factors, a degree of uncertainty seems inevitable in calculating the actual failure load by means of numerical analysis. Even though the ultimate loads are strongly dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for both design cases. For the cases designed, the design algorithm gives a lower bound on the design ultimate load with respect to the lower bound theorem. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the shells studied. The presented design algorithm for the combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design method for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of multiple designs and the analyses of differing shell configurations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.1
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pp.93-102
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1992
In this paper presented is the reliability analysis of a double skinned hull structure against the ultimate bending moment and fatigue strength under longitudinal bending. The ultimate bending strength is obtained through the beam-column approach in which the load-end shortening curves(stress-strain curves) of stiffened plates under mini-axial compression are derived using the concept of plastic hinge collapse. The fatigue damage only is considered as fatigue failure for which the Miner's damage rule is employed. Assessed are fatigue reliability for the possible joint types found at deck structure. Also included is the reliability analysis of a series system of which elements are ultimate and fatigue failure.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.4
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pp.69-80
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1988
This paper proposes simple formulae for buckling and ultimate strength estimation of plates subjected to water pressure and uniaxial compression. For the construction of a formula for elastic buckling strength estimation, parametric study for actual ship plates with varying aspect ratios and the magnitude of water pressure is carried out by means of principle of minimum potential energy. Based on the results by parametric study, a new formula is approximately expressed as a continuous function of loads and aspect ratio. On the other hand, in order to get a formula for ultimate strength estimation, in-plane stress distribution of plates is investigated through large deflection analysis and total in-plane stresses are expressed as an explicit form. By applying Mises's plasticity condition, ultimate strength criterion is then derives. In the case of plates under relatively small water pressure, the results by the proposed formulae are in good agreement compared with those by other methods and experiment. But present formula overestimates the ultimate strength in the range of large water pressure. However, actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming etc.. Therefore, it is considered that present formulae can be applied for the practical use.
Carbon-epoxy prepreg has been introduced in the forming of the upper and lower swash plates that control the pitch of rotor blade of unmanned helicopter because of its lightweight. Taguchi experimental method has been used by introducing the variables such as arrangement angle, laminated number and forming temperature, in order to obtain the proper forming method by using prepreg satisfying the required strength of the swash plate. In the evaluation of structural safety for the swash plates, three kinds of models are considered by using FE-analysis. In comparison of the hot forged products with Al6061-T6 and the formed products with prepreg, it was found that ultimate tensile strength of the products with prepreg is three times higher than that of the Al6061-T6, and the weight reduction of 68.5g can be achieved by using prepreg swash plates.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.28-35
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2005
It is now well recognized that the ultimate limit state approach is a much better basis for design and strength assessment of ships and offshore structures since it is difficult to determine the realistic margin of safety using the traditional allowable working stress approach on the basis of linear elastic method solutions together with buckling strengthchecks adjusted by a simple plasticity correction. This paper outlines ALPS theory for ultimate limit state assessment of ship structures. ALPS is a computer software which stands for nonlinear Analysis of Large Plated Structures. Application examples of ALPS program to ultimate limit state assessment of plates, stiffened panels and ship hull girders are presented. A benchmark study is made by a comparison with the ALPS solutions with other methods including class rule formulae, nonlinear finite element methods and experimental results. Future trends on ultimate limit state assessment of ship structures are addresse[1]
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.29
no.1
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pp.61-67
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2005
The ship plating is generally subjected to combined in-plane load and lateral pressure loads. In-plane loads include axial load and edge shear, which are mainly induced by overall hull ginder bending and torsion of the vessel. Lateral pressure is due to water pressure and cargo. These load components are not always applied simultaneously, but more than one can normally exist and interact. Hence, for more rational and safe design of ship structures, it is of crucial importance to better understand the interaction relationship of the buckling and ultimate strength for ship plating under combined loads. Actual ship plates are subjected to relatively small water pressure except for the impact load due to slamming and panting etc. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of ship plates under combined loads. In this paper, the ultimate strength characteristics of plates under axial compressive loads and lateral pressure loads are inverstigated through ANSYS elastic-plastic large deflection finite element analysis with varying lateral pressure load level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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