Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. The material property of the membrane has strong axial stiffness, but little bending stiffness. The design procedure of membrane structures are needed to do shape finding, stress-deformation analysis and cutting pattern generation. In shape finding, membrane structures are unstable structures initially. These soft structures need to be introduced initial stresses because of its initial unstable state, and happen large deformation phenomenon. Therefore, in this study, to find the structural shape after large deformation caused by initial stress, we need the shape analysis considering geometric nonlinear term. And we investigate the evaluation of shape analysis technique's convergence and efficiency according to the control method
Free vibration of symmetric angle-ply layered conical shell frusta of variable thickness is analyzed under shear deformation theory with different boundary conditions by applying collocation with spline approximation. Linear and exponential variation in thickness of layers are assumed in axial direction. Displacements and rotational functions are approximated by Bickley-type splines of order three and obtained a generalized eigenvalue problem. This problem is solved numerically for an eigenfrequency parameter and an associated eigenvector of spline coefficients. The vibration of three and five-layered conical shells, made up of two different type of materials are considered. Parametric studies are made for analysing the frequencies of the shell with respect to the coefficients of thickness variations, length-to-radius ratio, length-to-thickness ratio and ply angles with different combination of the materials. The results are compared with the available data and new results are presented in terms of tables and graphs.
Melaibari, Ammar;Khoshaim, Ahmed B.;Mohamed, Salwa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.35
no.5
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pp.671-685
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2020
This manuscript presents impacts of gradation of material functions and axial load functions on critical buckling loads and mode shapes of functionally graded (FG) thin and thick beams by using higher order shear deformation theory, for the first time. Volume fractions of metal and ceramic materials are assumed to be distributed through a beam thickness by both sigmoid law and symmetric power functions. Ceramic-metal-ceramic (CMC) and metal-ceramic-metal (MCM) symmetric distributions are proposed relative to mid-plane of the beam structure. The axial compressive load is depicted by constant, linear, and parabolic continuous functions through the axial direction. The equilibrium governing equations are derived by using Hamilton's principles. Numerical differential quadrature method (DQM) is developed to discretize the spatial domain and covert the governing variable coefficients differential equations and boundary conditions to system of algebraic equations. Algebraic equations are formed as a generalized matrix eigenvalue problem, that will be solved to get eigenvalues (buckling loads) and eigenvectors (mode shapes). The proposed model is verified with respectable published work. Numerical results depict influences of gradation function, gradation parameter, axial load function, slenderness ratio and boundary conditions on critical buckling loads and mode-shapes of FG beam structure. It is found that gradation types have different effects on the critical buckling. The proposed model can be effective in analysis and design of structure beam element subject to distributed axial compressive load, such as, spacecraft, nuclear structure, and naval structure.
Purpose : This study was performed to determine the proper reference line for taking axial computed tomograms from which the good cross-sectional views can be reformatted by multiplanar reconstruction. Methods : Three dry mandibles with implanted gutta percha cones in the extracted socket were scanned axially according to 6 reference lines of 2 mandibular positions with computed tomogram Hitachi W550. The accuracy of measurements of the lengths of implanted gutta perch a cones in the each cross-sectional view reformatted from axial computed tomogram by multiplanar reconstruction was evaluated. Results: The difference between the measurements and the real length of implant was smallest in the bucco-lingual views reformatted from the axial views scanned according to the reference line of group V-a. The smaller the angle difference between reference line and occlusal line was, the smaller the difference between the measurements in the bucco-lingual views reformatted from axial views and the real length of implant. The majority of measured widths of implants in the bucco-lingually reformatted views were larger than the actual values. Conclusions : When the mandible is inclined within the limitation of gantry angle and scanned with the reference line coincident with occlusal plane, the bucco-lingual view can be reformatted without deformation of images from the axially scanned images.
A steel-concrete composite (SC) panel typically consists of two steel faceplates and a plain concrete core. This paper investigated the impact response of SC panels through drop hammer tests and numerical simulations. The influence of the drop height, faceplate thickness, and axial compressive preload was studied. Experimental results showed that the deformation of SC panels under impact consists of local indentation and overall bending. The resistance of the panel significantly decreased after the local failure occurred. A three-dimensional finite element model was established to simulate the response of SC panels under low-velocity impact, in which the axial preload could be considered reasonably. The predicted displacements and impact force were in good agreement with the experimental results. Based on the validated model, a parametric study was conducted to further discuss the effect of the axial compressive preload.
It is well recognized that a excessive temperature gradient from the junction of head to skirt in axial direction in a hot pressure vessel can cause unpredicted high thermal stress at the junction and/or in axial direction of a skirt. this thermal stress resulting from axial thermal gradient may be a major cause of unsoundness of structural integrity. In case of cyclic operation of hot pressure vessels, the thermal stress becomes one of the primary design consideration because of the possibility of fracture as a result of cyclic thermal fatigue and progressively incremental plastic deformation. To perform thermal stress analysis of the junction and cylindrical skirt of a vessel, or, at least, to inspect quantitatively the magnitude and effect of thermal stress, the temperature profile of the vessel and skirt must be known. This paper demonstrated the temperature distribution and thermal stress analysis for the junction of skirt to head using F.E. analysis. Effect of air pocket in crotch space was quantitatively investigated to minimize the temperature gradient causing the thermal stress in axial direction. Effect of the skirt height on thermal stresses was also studied. Analysis results were compared with theoretical formulas to verify th applicability to the strength calculation in design field.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.50-56
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2005
Aluminum member absorbs energy by stable plastic deformation under axial loading. While CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) member absorbs energy by unstable brittle failure but its specific strength and stiffness is higher than those of aluminum member. In this study, for complement of detects and synergy effect by combination with the advantages of each member, the axial collapse tests were performed for aluminum CFRP members which are composed of aluminum members wrapped with CFRP outside aluminum circular members. Based on the respective collapse characteristics of aluminum and CFRP members, crushing behavior and energy absorption characteristics were analyzed for aluminum CRRP members which have different CFRP fiber orientation angle and thickness Test results showed that aluminum CFRP members supplemented the unstable brittle failure of CFRP members due to ductile nature of inner aluminum members. It turned out that the CFRP fiber orientation angle and thickness influence energy absorption capability together with the collapse mode of the members.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.6
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pp.59-68
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2015
Traditional structure analysis method is based on numerical matrix analysis to use the geometries consisting of the structure. The characteristics require a lot of computer memories and computational time. To avoid these weaknesses, new approach to analyze truss structure was suggested by adopting topological load redistribution method. The axial forces to be not structurely analyzed yet against outside loads were redistributed by using nodal equation of equilibrium randomly at each node without constructing global matrix. However, this method could not calculate the axial forces if structure is statically indeterminate due to degree of many indeterminacies. Therefore, to apply the method suggested in this research, all redundancies of truss structure were replaced by unit loads. Each unit load could make the deformation of a whole structure, and a superposition method was finally adopted to solve the simultaneous equations. The axial forces and deflections agreed with the result of commercial software within the relative error of 1 %, whereas in the case that the axial forces are relatively very smaller than others, the relative errors were increased to 2 %. However, as the values were small enough not to be considered, it was practically useful as a structural analysis model. This model will be used for structural analysis of truss type of large structure such as agricultural farming facility.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.1997-2007
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2002
Composite air spindles are appropriate for the high-speed and the high-precision machining as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors because of the low rotational inertia, the high damping ratio and the high fundamental natural frequency of composite shaft. The axial load and stiffness of composite air spindles fur drilling operation are determined by the thrust ben ring composed of the air supply part mounted on the housing and the rotating part mounted on the rotating shaft. At high-speed rotation, the rotating part of the thrust bearing should be designed considering the stresses induced by centrifugal force as well as the axial stiffness and the natural frequency of the rotating shaft to void the shaft from failure due to the centrifugal force and resonant vibration. In this work, the air supply part of the thrust bearing was designed considering the bending stiffness of the bearing and the applied load. The rotating part of the thrust bearing was designed through finite element analysis considering the cutting forces during manufacturing as well as the static and dynamic characteristics under both the axial and con trifugal forces during high-speed rotation.
An experimental study on six axially-loaded composite short columns with different thicknesses of steel tube and that of the concrete plate was carried out. Compared to the mechanical behavior of component specimens under axially compressed, the failure modes, compression deformation, and strain process were obtained. The two main parameters that have a significant enhancement to cross-sectional strength were also analyzed. The failure of an axially loaded UHPC-CFST short column is due to the crushing of the UHPC plate, while the CFST member does reach its maximum resistance. A reduction coefficient K'c, related to the confinement coefficient, is introduced to account for the contribution of CFST members to the ultimate load-carrying capacity of the UHPC-CFST composite short columns. Based on the regression analysis of the relationship between the confinement index ξ and the value of fcc/fc, a unified formula for estimating the axial compressive strength of CFST short columns was proposed, combined with the experimental results in this research, and an equation for reliably predicting the strength of UHPC-CFST composite short columns under axial compression were also proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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