This study investigates the free vibration and buckling analyses of isotropic curved plate structures fixed at all ends. The Kirchhoff-Love Plate Theory (KLPT) and Finite Element Method (FEM) are employed to model the curved structure. In order to perform the finite element analysis, a four-node quadrilateral element with 5 degrees of freedom (DOF) at each node is utilized. Additionally, the drilling effect (θz) is considered as minimal to satisfy the DOF of the structure. Lagrange's equation of motion is used in order to obtain the first ten natural frequencies and the critical buckling values of the structure. The effects of various radii of curvatures and aspect ratio on the natural frequency and critical buckling load values for the single-bay and two-bay curved frames are investigated within this scope. A computer code based on finite element analysis is developed to perform free vibration and buckling analysis of curved plate frames. The natural frequency and critical buckling load values of the present study are compared with ANSYS R18.2 results. It has been concluded that the results of the present study are in good agreement with ANSYS results for different radii of curvatures and aspect ratio values of both single-bay and two-bay structures.
In this paper, guided circumferential wave propagating in an orthotropic viscoelastic cylindrical curved plate subjected to traction-free conditions is investigated in the frame of the Kelvin-Voight viscoelastic theory. The obtained three wave equations are decoupled into two groups, Lamb-like wave and SH wave. They are separately solved by the Legendre polynomial series approach. The availability of the method is confirmed through the comparison with the published data of the SH wave for a viscoelastic flat plate. The dispersion curves and attenuation curves for the carbon fiber and prepreg cylindrical plates are illustrated and the viscous effect on dispersion curves is shown. The influences of the ratio of radius to thickness are analyzed.
Moon, Byung Young;Park, Kwang Bok;Hong, Young Jun;Lee, Sung Bum;Lee, Ki Yeol
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.5
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pp.527-535
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2015
As a new technical approach, a hydraulic and magnetic clamp device was attempted to realize a magnetic clamp crane system that uses 8 simultaneously actuating individual hydraulic cylinders. Through this approach, a Sr type of ferritic permanent magnet ($SrO{\cdot}6Fe_2O_3$), not the previously employed electro-magnet, was utilized for the purpose of lifting and transporting the heavy weighted and oversized curved steel plates used for manufacturing the ships. This study is aimed at manufacturing and developing the hydraulic magnetic clamp prototype, which is composed of three main parts - the base frame, cylinder joint, and magnet joint - in order to safely transport such curved steel plates. Furthermore, this research was pursued to conduct a performance evaluation as to the prototype manufacture and acquire the planned quantity value and the development purpose items. The most significant item for a performance evaluation was estimated for the magnetic adhesive force (G) and in this process, a ferritic permanent magnet (Sr type) with 3700~4000 G of residual induction (Br) and 2640/2770 Oe of coercive force (Hc) was utilized. In addition, other relevant items such as hoist tension (kN), transportation time (sec), and the applied load (Kgf) exerted on the hydraulic cylinders were also evaluated in order to acquire the optimum quantity value. As a result of the evaluation, the relevant device turned out to be suitable for safely transporting the curved steel plates.
In this study, free vibration analysis of laminated composite parabolic thick plate frames by using finite element method is introduced. Governing equations of an eigenvalue problem are obtained from First Order Shear Deformation Theory (FSDT). Finite element method is employed to obtain natural frequency values from the governing differential equations. The frames consist of two flat square plates and one singly curved plate. Parameters like radii of curvature, aspect ratio, ply orientation and boundary conditions are investigated to understand their effect on dynamic behavior of such a structure. In addition, multi-bay structures of such geometry with different stacking order are also taken into account. The composite frame structures are also modeled and simulated via ANSYS to verify the accuracy of the present study.
Semi-rigid joints have been widely studied in literature in recent decades because they affect greatly the structural response of frames. In literature, the behavior of semi-rigid joints is commonly assumed to be identical under positive and negative moments which are obviously incorrect in many cases where joint details such as bolt arrangement or placement of haunch are vertically asymmetrical. This paper evaluates two common types of steel frames with asymmetrical beam-to-column joints by Direct Analysis allowing for plasticity. A refined design method of steel frames using a proposed simple forth order curved-quartic element with an integrated joint model allowing for asymmetrical geometric joint properties is presented. Furthermore, the ultimate behavior of six types of asymmetrical end-plate connections under positive and negative moment is examined by the Finite Element Method (FEM). The FEM results are further applied to the proposed design method with the curved-quartic element for Direct Analysis of two types of steel frames under dominant gravity or wind load. The ultimate frame behavior under the two different scenarios are examined with respect to their failure modes and considerably different structural performances of the frames were observed when compared with the identical frames designed with the traditional method where symmetrical joints characteristics were assumed. The finding of this research contributes to the design of steel frames as their asymmetrical beam-to-column joints lead to different frame behavior when under positive and negative moment and this aspect should be incorporated in the design and analysis of steel frames. This consideration of asymmetrical joint behavior is recommended to be highlighted in future design codes.
Aerodynamic characteristics of Coleoptera species of Epilachna quadricollis and Allomyrina dichotoma are experimentally and numerically investigated. Using digital high speed camera and smoke wire technique, we visualized the continuous wing kinematics and the flight motion of free-flying coleoptera. The experimental visualization shows that the elytra flapped concurrently with the main wing both in the downstroke and upstroke motions. The wing motion of Epilachna quadricollis was captured and analyzed frame by frame to identify the kinematics of the wings and to implement it in the movement of a model wing (thin plate) in the simulation. The two-dimensional simulation of Epilachna quadricollis hovering flight was performed by assuming the wing cross section shape as a thin plate, even though most of insect's wings are made of curved corrugated membrane. The effect of Reynolds number are investigated by the simulation. Meanwhile, in order to investigate the role and effect of elytra, the flow visualization of Allomyrina dichotoma was carried on using smoke wire visualization technique. Here, we confirmed that the vortex generated by elytra due to its movement is strongly influence the vortex dynamic generated by hind wings.
As a new technical approach, a hydraulic and magnetic clamp device was developed to realize a magnetic clamp crane system by simultaneously actuating eight individual hydraulic cylinders. In this approach, an Sr-type of ferritic permanent magnet (SrO· 6Fe2O3), rather than the previous electromagnet, was utilized for the purpose of lifting and transporting the large curved steel plates used for manufacturing ships. This study had the goal of developing and manufacturing a hydraulic, magnetic clamp prototype composed of three main parts, including the base frame, cylinder joint, and magnet joint, in order to safely transport curved steel plates. Furthermore, this research included a performance evaluation of the manufactured prototype and acquired the purposed quantity value in the performance test. The most significant item, the magnetic adhesive force (G), was evaluated in a performance test, which utilized a ferritic permanent magnet (Sr type) with 3700~4000 G of residual induction (Br) and 2640/2770 Oe of coercive force (Hc). In particular, relevant items such as the hoist tension (kN), transportation time (s), and applied load (Kgf) on the hydraulic cylinders were also evaluated in order to determine the optimum values.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6A
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pp.495-502
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2010
A study for the nonlinear analysis method of flexural behavior of concrete girders strengthened with unbonded prestressed CFRP plates is presented. The concrete girders strengthened with unbonded prestressed CFRP plates exhibit more complex nonlinear behavior due to the slip between the concrete girder and the CFRP plates than the case of bonded CFRP plates. The unbonded CFRP plate is modeled as an assemblage of the curved elements both ends of which are rigidly linked to the nodes of fibered frame elements. The slip effect of the unbonded CFRP plate is taken into account using the force equilibrium relationship at each node. To evaluate the validity and the capability of the proposed analysis method, the ultimate analysis results of the concrete beams strengthened with unbonded prestressed CFRP plate are compared with the experimental results obtained from other investigators. The proposed analysis method is found to predict ultimate behaviors of these beams fairly well. Additionally the time-dependent deformations of the concrete beam seems to have little influence on the ultimate behaviors of concrete beams strengthened with unbonded prestressed CFRP plate, and the cracks of the concrete beam which occurred before strengthening it with CFRP plate are found to have almost no influence on the ultimate capacity of the beam.
The disc plate and frame type modules for reverse osmosis were developed using three different types of baffles: linear (Type 1), curved (Type 2) and parallel shapes (Type 3). Separation performance tests were carried out for the modules using NaCl and sucrose solutions under the various concentrations and operating pressures. The permeation flux and solute rejection ratio for Type 3 module were the highest within operating pressure (35bar) and flow rate (6 l/min). The flux improvement ratio of Type 2 or 3 to Type 1 for NaCl solution decreased as operating pressure increased: flux improvement ratios of Type 3 for 1wt% of NaCl solution were about 100 and 10% at 10 and 35bar, respectively. However, the flux improvement ratio for sucrose solutions varied with the operating pressure and concentration. The permeation flux for Type 3 depended on the flow rate linearly, which is higher than that of turbulent flow region in the smooth channel.
In this study, the seismic performance of the connections between L-shaped columns composed of concrete-filled steel tubes (L-CFST columns) and H-beams used in high-rise steel frame structures was investigated. Seven full-scale specimens were tested under quasi-static cyclic loading. The variables studied in the tests included the joint type, the axial compression ratio, the presence of concrete, the width-to-thickness ratio and the internal extension length of the side plates. The hysteretic response, strength degradation, stiffness degradation, ductility, plastic rotation capacity, energy dissipation capacity and the strain distribution were evaluated at different load cycles. The test results indicated that both the corner and exterior joint specimens failed due to local buckling and crack within the beam flange adjacent to the end of the side plates. However, the failure modes of the interior joint specimens primarily included local buckling and crack at the end plates and curved corners of the beam flange. A design method was proposed for the flexural capacity of the end plate connection in the interior joint. Good agreement was observed between the theoretical and test results of both the yield and ultimate flexural capacity of the end plate connection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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