Kvedaras, Audronis Kazimieras;Sauciuvenas, Gintas;Komka, Arunas;Jarmolajeva, Ela
Steel and Composite Structures
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제19권2호
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pp.293-308
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2015
Interaction between the external thin-walled steel tube and the internal concrete core significantly increases the bending resistance of composite beams and beam-columns in comparison with the steel or concrete members. There is presented a developed method for design of hollow and solid concrete-filled steel tubular beams based on test data, which gives better agreement with test results than EC4 because its limitation to take an increase in strength of concrete caused by confinement contradicts the recommendation of 6.7.2(4) that full composite action up to failure may be assumed between steel and concrete components of the member. Good agreement between the results of carried out experimental, numerical and theoretical investigations allows recommending the proposed method to use in design practice.
This paper reports on the development of a new composite slab system that uses a large- lipped steel channel and reinforced concrete. The advantages of this new system are that it serves as both a structural unit and an unsupported form and it has a secondary structural barrier function. A concrete pouring test was carried out for the large-lipped steel channel. Full-scale tests were carried out to assess the flexural strength-deformation characteristics and structural mechanics of the composite slab. The barrier mechanics of the steel channel concrete element (referred to as the SC subunit) of the composite slab are examined. The test results indicate that the new composite slab has excellent strength, ductility characteristics, and a structural barrier function in its SC subunit that is highly effective against severe loading.
The buckling equations of filament wound composite cylindrical shell are established. The coefficients $K_{ij}$ and $L_{ij}$ of the buckling equations are determined by solving the equations. The geometric analysis and the effective stiffness calculation for the fiber crossover and undulation region are respectively accomplished. Using the effective stiffness of the undulation region, the specific formulas of the coefficients ${K^{\prime}}_{ij}$ and ${L^{\prime}}_{ij}$ of the buckling equations are determined. Numerical examples of the buckling critical loads have been performed for the different winding angles and stacking sequences cylindrical shell designs. It can be concluded that the fiber undulation results in the less effect on the buckling critical loads $P_{cr}$. $P_{cr}$ increases with the thickness-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation is more obvious with the thickness-radius ratio. $P_{cr}$ decreases with the length-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation can be neglected when the ratio is large.
기존의 멀티스케일 유한요소법(Multiscale finite element, FE2 )은 거시 스케일의 모든 적분점에서 대표 체적요소(representative volume element, RVE)의 미시 경계치 문제를 반복적으로 계산하기 때문에 긴 해석 시간과 많은 데이터 저장 공간을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서 평균장 균질화 데이터 기반 멀티스케일 해석 기법을 개발하였다. 데이터 기반 전산역학(data-driven computational mechanics, DDCM) 해석은 변형률-응력 데이터 셋을 직접적으로 사용하는 모델-프리(model-free)접근 방식이다. 멀티스케일 해석을 수행하기 위해, 평균장 균질화(mean-field homogenization)를 활용하여 복합재의 미세구조에 대한 변형률-응력 데이터베이스(database)를 효율적으로 구축하고, 이를 기반으로 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문에서는 개발한 멀티 스케일 해석 프레임워크(framework)를 예제에 적용하여, 초탄성(hyperelasticity) 복합재의 미세 구조를 고려한 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 따라서, 데이터 기반 전산역학 접근 방식을 활용한 멀티스케일 해석기법은 다양한 재료 및 구조에 적용될 수 있으며, 멀티스케일 해석 연구 및 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
The present paper addresses the optimal design of composite laminates with the aim of minimizing free-edge delamination stresses. A technique involving the application of particle swarm optimization (PSO) integrated with FEM was developed for the optimization. Optimization was also conducted with the zero-order method (ZOM) included in ANSYS. The semi-analytical method, which provides an approximation of the interlaminar normal stress of laminates under in-plane load, was used to partially validate the optimization results. It was found that optimal results based on ZOM are sensitive to the starting design points, and an unsuitable initial design set will lead to a result far from global solution. By contrast, the proposed method can find the global optimal solution regardless of initial designs, and the solutions were better than those obtained by ZOM in all the cases investigated.
Cho Younho;Lee Joon-Hyun;Lee Chong Myong;Rose Joseph L.
한국복합재료학회:학술대회논문집
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한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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pp.258-263
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2004
An efficient technique for the calculation of guided wave dispersion curves in composite pipes is presented. The technique uses a forward-calculating variational calculus approach rather than the guess and iterate process required when using the more traditional partial wave superposition technique The formulation of each method is outlined and compared. The forward-calculating formulation is used to develop finite element software for dispersion curve calculation. Finally, the technique is used to calculate dispersion curves for several structures, including an isotropic bar, two multi-layer composite bars, and a composite pipe.
A high precision shear deformable triangular element has been proposed for free vibration analysis of composite trapezoidal plates. The element has twelve nodes at the three sides and four nodes inside the element. Initially the element has fifty-five degrees of freedom, which has been reduced to forty-eight by eliminating the degrees of freedom of the internal nodes through static condensation. Plates having different side ratios (b/a), boundary conditions, thickness ratios (h/a=0.01, 0.1 and 0.2), number of layers and fibre angle orientations have been analyzed by the proposed shear locking free element. Trapezoidal laminate with concentrated mass at the centre has also been analyzed. An efficient mass lumping scheme has been recommended, where the effect of rotary inertia has been included. For validation of the present element and formulation few results of isotropic trapezoidal plate and square composite laminate have been compared with those obtained from open literatures. The numerical results for composite trapezoidal laminate have been given as new results.
In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behaviour of the hinge may be different from the symmetric assumption, since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. The paper presents the results and conclusions of experimental tests on composite portal eccentrically braced frames and beam-to-column moment-resisting joints, carried out within the CEMSIG Research Centre of the Politehnica University of Timisoara, in order to check the validity of the assumption stated above. Reference steel and composite specimens with and without connectors in the plastic zones have been tested under monotonic and cyclic seismic type loading.
In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behavior of the hinge may be different from the symmetric assumption since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. At a larger level, the structural response in the case of important seismic motions depends directly on the elasto-plastic behavior of elements and hinges. The numerical investigation presented in this study summarizes the results of elasto-plastic analyses of several steel frames, considering the interaction of the steel beam with the concrete slab. Several parameters, such as the inter-story drift, plastic rotation requirements and behavior factors q were monitored. In order to obtain accurate results, adequate models of plastic hinges are proposed for both the composite short link and composite reduced beam sections.
This work proposes a theoretical and numerical study on the behavior of a tapered shaft rotor made of composite materials by the classical version h and the version p of the finite element method. Hierarchical form functions are used to define the model. The purpose of this paper is to determine the expressions of the kinetic and potential energies of the tree necessary for the results of the equations of motion. A comparison between the version h and the p version of the finite element method of the functions of polynomial and trigonometric hierarchical forms with six degrees of freedom per node, of a composite tapered and cylindrical shaft which rotates at a constant speed about its axis. It is found that when the number of functions of form (the version p) is increased, the solution converges. It is also observed that the conicity of the shaft increases the rigidity with respect to a uniform shaft having the same mechanical properties. The numerical simulation allowed us to determine the natural frequencies and the critical speeds of the composite shaft systems are compared with those available in the literature and the effectiveness of the methods used are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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