Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.3
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pp.281-289
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2016
In this paper, a new dynamic model for modal analysis of a rotating cantilever beam with a tip-mass is developed. The nonlinear strain such as von Karman type and the corresponding linearized stress are used to consider the geometric nonlinearity, and Euler-Bernoulli beam theory is applied in the present model. The nonlinear equations of motion and the associated boundary conditions which include the inertia of the tip-mass are derived through Hamilton's principle. In order to investigate modal characteristics of the present model, the linearized equations of motion in the neighborhood of the equilibrium position are obtained by using perturbation technique to the nonlinear equations. Since the effect of the tip-mass is considered to the boundary condition of the flexible beam, weak forms are used to discretize the linearized equations. Compared with equations related to stiffening effect due to centrifugal force of the present and the previous model, the present model predicts the dynamic characteristic more precisely than the another model. As a result, the difference of natural frequencies loci between two models become larger as the rotating speed increases. In addition, we observed that the mode veering phenomenon occurs at the certain rotating speed.
This paper presents an analytical model for determining the transverse reinforcement required for reinforced concrete exterior beam-column joints subjected to reversed cyclic loading. Although the joint aspect ratio can affect joint shear strength, current design codes do not consider its effects in calculating joint shear strength and the necessary amount of transverse reinforcement. This study re-evaluated previous exterior beam-column joint tests collected from 11 references and showed that the joint shear strength decreases as the joint aspect ratio increases. An analytical model was developed, to quantify the transverse reinforcement required to secure safe load flows in exterior beam-column joints. Comparisons with a database of exterior beam-column joint tests from published literature validated the model. The required sectional ratios of horizontal transverse reinforcement calculated by the proposed model were compared with those specified in ACI 352R-02. More transverse reinforcement is required as the joint aspect ratio increases, or as the ratio of vertical reinforcement decreases; however, ACI 352R-02 specifies a constant transverse reinforcement, regardless of the joint aspect ratio. This reevaluation of test data and the results of the analytical model demonstrate a need for new criteria that take the effects of joint aspect ratio into account in exterior joint design.
Mega composite structure systems have been widely used in high rise buildings in China. Compared to other structures, this type of composite structure systems has a larger cross-section with less weight. Concrete filled steel tubular (CFST) laced column to box-beam connections are gaining popularity, in particular for the mega composite structure system in high rise buildings. To enable a better understanding of the destruction characteristics and aseismic performance of these connections, three different connection types of specimens including single-limb bracing, cross bracing and diaphragms for core area of connections were tested under low cyclic and reciprocating loading. Hysteresis curves and skeleton curves were obtained from cyclic loading tests under axial loading. Based on these tested curves, a new trilinear hysteretic restoring force model considering rigidity degradation is proposed for CFST laced column to box-beam connections in a mega composite structure system, including a trilinear skeleton model based on calculation, law of stiffness degradation and hysteresis rules. The trilinear hysteretic restoring force model is compared with the experimental results. The experimental data shows that the new hysteretic restoring force model tallies with the test curves well and can be referenced for elastic-plastic seismic analysis of CFST laced column to composite box-beam connection in a mega composite structure system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.10
no.4
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pp.64-72
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1993
Analytical models for the prediction of the size of hardened zone in laser surface hardening are presented. The models are based on the solutions to the problem of three-dimensional heat flow in plates with infinite thickness. The validity of the model was tested on medium carbon steel for Gaussian mode of beam. Then the model for rectagular beam was used for the predicition of the size of hardened zone on various hardening process parameters. From the calculation results it appeared that the size and shape of the hardened zone are strongly dependent on process parameters such as beam mode, beam size, and traverse speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.11
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pp.2704-2710
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1993
A simple and straightforward method is introduced for developing continuum beam-rod model of a box-beam typed aircraft wing with composite layered skin based on "energy equivalence." The equivalent continuum structral properties are obtained from the direct comparison of the reduced stiffness and mass matrices for box-beam typed wing with those for continuum beam-rod model. The stiffness and mass matrices are all represented in terms of the continuum degrees-of freedom defined in this paper. The finite-element method. The advantage of the present continuum method is to give every continuum structural properties including all possible coupling terms which represent the couplings between different deformations. To evaluate the continuum method developed in this paper, free vibration analyses for both continuum beam-rod and box-beam are conducted. Numerical tests show that the present continuum method gives very reliable structural and dynamic properties compared to the results by the conventional finite-element analysis. analysis.
Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars have now been widely adopted as an alternative to traditional steel reinforcements in infrastructure and civil industries worldwide due variety of merits. This paper presents a numerical methodology to investigate FRP bar-reinforced beam-column joint behavior under quasi-static loading. The proposed numerical model is validated with test results considering load-deflection behavior, damage pattern at beam-column joint, and strain variation in reinforcements, wherein the results are in agreement. The numerical model is subsequently employed for parametric investigation to enhance the end-span beam-column joint performance using different joint reinforcement systems. To reduce the manufacturing issue of bend in the FRP bar, the headed FRP bar is employed in a beam-column joint, and performance was investigated at different column axial loads. Headed bar-reinforced beam-column joints show better performance as compared to beam-column joints having an L-bar in terms of concrete damage, load-carrying capacity, and joint shear strength. The applicability and efficiency of FRP bars at different story heights have also been investigated with varying column axial loads.
Ovigne, P.A.;Massenzio, M.;Jacquelin, E.;Hamelin, P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.15
no.4
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pp.437-449
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2003
The aim of this study is to develop an analytical model of a beam with open cracks and external strengthening which is able to predict its modal scheme components (natural frequencies and mode shapes). The model is valid as far as the excitation level is low enough not to activate non linear effects. The application field of the model are either the prediction of the efficiency of the reinforcement or the non destructive assessment of the structural properties. The degrees of freedom associated to the fault lips must be taken into account in order to introduce the effect of the external strengthening. In a first step, an analytical formulation of a beam with thin notches is proposed according to the references. The model is then extended to incorporate the strengthening consisting in a longitudinal stiffness applied in the vicinity of the cracks. In a second step, the analytical results are compared with these obtained from a finite element simulation.
Two physical experiments are performed to verify the effectiveness of beam-particle model for simulating the progressive failure of particulate composites such as sandstone and concrete. In the numerical model, the material is schematized at the meso-level as an assembly of discrete, interacting particles which are linked through a network of brittle breaking beams. The uniaxial compressive tests of cubic and parallelepipedal specimens made of carbon steel rod assembly which are glued together by a mixture are represented. The crack patterns and load-displacement response observed in the experiments are in good agreement with the numerical results. In the application respect of beam-particle model to the particulate composites, the influence of defects, particle arrangement and boundary conditions on crack propagation is approached, and the correlation existing between the cracking evolution and the level of loads imposed on the specimen is characterized by fractal dimensions.
The use of frequency-dependent spectral element matrix (or exact dynamic stiffness matrix) in structural dynamics may provide very accurate solutions, together with drastically reducing the number of degrees of freedom to improve the computation efficiency and cost problems. Thus, this paper develops a spectral element model for the coupled thermoelastic beam which axially moves with constant speed under a uniform tension. The accuracy of the spectral element model is then evaluated by comparing the natural frequencies obtained by the present element model with those obtained by the conventional finite element model.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.405-408
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2004
The current design procedures of ACI 318-02, CE3-FIP and NZS 3101 for interior beam-column joints do not provide engineers with a clear understanding of the physical behavior of beam-column joints. In this paper, the failure strengths of the interior beam-column joint specimens tested to failure were evaluated using the 3-dimensional strut-tie model approach, design criteria of ACI 318-02, ACI-ASCE committee 352 and Park and paulay, and softened strut-tie model approach. The analysis results obtained from the 3-dimensional strut-tie model approach were compared with those obtained from the other approaches, and the validity of the approach implementing a 3-dimensional strut-tie model was examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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