In this paper a computer program is developed for the determination of geometrical and material properties of composite thin-walled beams with arbitrary open cross-section and any arbitrary laminate stacking sequence. Theory of thin-walled composite beams is based on assumptions consistent with the Vlasov's beam theory and classical lamination theory. The program is written in Fortran 77. Some numerical examples are given, with complete information about input and output.
Tests on steel tubular columns of square, rectangular and circular section filled with normal and lightweight aggregate concrete were conducted to investigate the failure modes of such composite columns. Thirty-six full scale columns filled with lightweight and normal weight aggregate concrete, eighteen specimens for each, were tested under axial loads. Nine hollow steel sections of similar specimens were also tested and results were compared to those of filled sections. The test results were illustrated by a number of load-deflection and axial deformation curves. The results showed that both types of filled columns failed due to overall buckling, while hollow steel columns failed due to bulging at their ends (local buckling). According to the above-mentioned results, and due to low specific gravity and thermal conductivity of the lightweight concrete the further interest should be concentrated in replacing the normal concrete by the lightweight aggregate concrete.
The purpose of this study is to calculate the torsional rigidity of arbitrarily shaped composite sections on the basis of hybrid finite element approach. An analogy is used between the torsion problem and deformation of a plate which exhibits only shear behavior. In the analysis a simple hybrid finite element based on Hellinger-Reissner functional is presented and a set of numerical examples are performed to demonstrate and asses the performance of the developed element in practical applications.
Park, Je-seon;Kim, Kyeong-jin;Won, Chi-moon;Shim, Do-sik
Journal of Industrial Technology
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v.15
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pp.71-75
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1995
A method of calculating the natural frequency corresponding to the first mode of vibration of beams and tower structures, with irregular cross-sections and with arbitrary boundary conditions was developed and reported by D. H. Kim in 1974. This method has been developed for two-dimensional problems including the laminated composite plates and was proved to be very effective for the plates with arbitrary boundary conditions and irregular sections. In this paper, the result of application of this method to the clamped composite plates with non-uniform cross-section and with attached point mass/masses is presented.
A series of tests was performed to consider the behaviour of short composite columns under axial compressive loading, covering a range of S275 and S355 grade steel square hollow section filled with normal and high strength concrete. The interaction between the steel and the concrete component is considered and the results show that concrete shrinkage has an effect on the axial strength of the column. Comparisons between Eurocode 4, ACI-318 and the Australian Standards with the findings of this research were made. Result showed the equation used by the ACI-318 and the proposed Australian Standards gave better predication for the axial capacity of concrete filled SHS columns than the Eurocode 4.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Atif, Mir;Dar, A.R.;Anbarasu, M.;Lim, James B.P.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.333-345
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2020
In the past, many efficient profiles have been developed for cold-formed steel (CFS) members by judicious intermediate stiffening of the cross-sections, and they have shown improved structural performance over conventional CFS sections. Most of this research work was based on numerical modelling, thus lacking any experimental evidence of the efficiency of these sections. To fulfill this requirement, experimental studies were conducted in this study, on efficient intermediately stiffened CFS sections in flexure, which will result in easy and simple fabrication. Two series of built-up sections, open sections (OS) and box sections (BS), were fabricated and tested under four-point loading with same cross-sectional area. Test strengths, modes of failure, deformed shapes, load vs. mid-span displacements and geometric imperfections were measured and reported. The design strengths were quantified using North American Standards and Indian Standards for cold-formed steel structures. This study confirmed that efficient profiling of CFS sections can improve both the strength and stiffness performance by up to 90%. Closed sections showed better strength performance whereas open sections showed better stiffness performance.
The effect of element interaction and material nonlinearity on the ultimate capacity of stainless steel plated cross-sections is investigated in this paper. The focus of the research lies in cross-sections failing by local buckling; member instabilities, distortional buckling and interactions thereof with local buckling are not considered. The cross-sections investigated include rectangular hollow sections (RHS), I sections and parallel flange channels (PFC). Based on previous finite element investigations of structural stainless steel stub columns, parametric studies were conducted and the ultimate capacity of the aforementioned cross-sections with a range of element slendernesses and aspect ratios has been obtained. Various design methods, including the effective width approach, the direct strength method (DSM), the continuous strength method (CSM) and a design method based on regression analysis, which accounts for element interaction, were assessed on the basis of the numerical results, and the relative merits and weaknesses of each design approach have been highlighted. Element interaction has been shown to be significant for slender cross-sections, whilst the behaviour of stocky cross-sections is more strongly influenced by the material strain-hardening characteristics. A modification to the continuous strength method has been proposed to allow for the effect of element interaction, which leads to more reliable ultimate capacity predictions. Comparisons with available test data have also been made to demonstrate the enhanced accuracy of the proposed method and its suitability for the treatment of local buckling in stainless steel cross-sections.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.4
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pp.335-343
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2012
As a matter of fact, it has been not allowed to modify the shape of a vehicle body skeleton since the technical definition for the structure was fixed and the corresponding molds were developed. By the way, if it is available to apply an alternative to reinforce the skeleton without changing its mold, it must be much flexible to improve the performance qualities relevant to not only NVH(noise, vibration and harshness) but also crash and durability. Recently, a solution of so-called composite body becomes available for the need. We present a design method to insert the composite body inside a vehicle body skeleton in order to improve a structure-borne noise at the idle condition. The algorithms, topology optimization and design sensitivity analysis, are applied to mainly search the sensitive structural sections in the body skeleton and to extract the target stiffness of the sections. Inserting the composite bodies into the sensitive portions, it is predicted to achieve the countermeasures which can compromize the design availability in terms of the idle noise and weight. According to the validation result with test vehicles, the concerned noise transfer function is reduced and the idle booming noise is resultantly improved.
This paper presents the cost optimization of a composite I beam floor system, designed to be made from a reinforced concrete slab and steel I sections. The optimization was performed by the mixed-integer non-linear programming (MINLP) approach. For this purpose, a number of different optimization models were developed that enable different design possibilities such as welded or standard steel I sections, plastic or elastic cross-section resistances, and different positions of the neutral axes. An accurate economic objective function of the self-manufacturing costs was developed and subjected to design, resistance and deflection (in)equality constraints. Dimensioning constraints were defined in accordance with Eurocode 4. The Modified Outer-Approximation/Equality-Relaxation (OA/ER) algorithm was applied together with a two-phase MINLP strategy. A numerical example of the optimization of a composite I beam floor system, as presented at the end of this paper, demonstrates the applicability of the proposed approach. The optimal result includes the minimal produced costs of the structure, the optimal concrete and steel strengths, and dimensions.
Residual stresses play important role for design of steel structural members. Cold formed sections usually have residual stresses caused by roll forming. When compared to stresses caused by the working load, especially for compressed members, the effects of residual stresses can be favorable or unfavorable depending on magnitude, orientation and distribution of these stresses. The research presented in this paper includes experimental investigations of residual stresses, initial imperfections and material properties on cold formed carbon steel open cross sections. Experimental results have been compared to results obtained in similar tests with stainless and high strength steel cross sections. Theoretical and experimental research, conducted for cold formed open cross sections, are important for design of axially compressed members. This paper presents two methods of residual stresses investigation: magnetic method and method of pre-drilled holes and obtained results have been compared with results of residual stresses from other authors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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