Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.
The dynamic behavior of the deployment and folding process of a foldable boom based on the Miura origami pattern is investigated in this paper. Firstly, mechanical behavior of a single storey during the motion is studied numerically. Then the deployment and folding of a multi-storey boom is discussed. Moreover, the influence of the geometry parameters and the number of Miura-ori elements n on the dynamic behavior of the boom is also studied. Finally, the influence of the imperfection on the dynamic behavior is investigated. The results show that the angles between the diagonal folds and horizontal folds will have great effect on the strains during the motion. A bistable configuration can be obtained by choosing proper fold angles for a given multi-storey boom. The influence of the imperfection on the folding behavior of the foldable mast is significant.
A liquid storage rectangular tank structures are used in many fields of civil, mechanical and marine engineering. Especially, Ship structures have many tanks in contact with inner or outer fluid, like ballast, fuel and cargo tanks. Fatigue damages are sometimes observed in these tanks which seem to be caused by resonance with exciting force of engine and propeller. Vibration characteristics of these thin walled tanks in contact with fluid near engine propeller are strongly affected by added mass of containing fluid. Therefore it is essentially important to estimate the added mass effect to predict vibration of the tank structures. Many authors have studied vibration of cylindrical and rectangular tanks structures containing fluid. Few research on dynamic interaction among tank walls through fluid are reported in the vibration of rectangular tanks recently. In case of rectangular tanks, structural coupling between adjacent panels and effect of vibration modes of multiple panels on added mass have to be considered. In the present paper, coupling effect between panels of tank structure on added mass of containing fluid, the effect of structural constraint between panels on each vibration mode for fluid region have investigated numerically and experimentally.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.1
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pp.11-20
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1983
In this paper elastic-plastic large deflection analysis of ship structural members, plates, stiffened plates and cylindrical shallow shell, are performed by the finite element method. And for the consideration of the yielded propagation through the depth of the member, the layered element approach is employed. The present method is justified by comparing its results with those of experiment and others. As results, the nonlinear behavior and the ultimate strength curves are shown, which can be used in the design of the plates and the stiffened plates under compression, and the applicability to the shell structures is suggested. The analysis results are as followings. (1) The results of the approximate equations as well as those of buckling analysis may not guarantee precisely the safety of the structures in some cases and the optimum in other cases. Therefore they may not show the design criteria for the optimal design. (2) As the initial deflection increases, its effects on the ultimate strength of the structure generally increases, and the ultimate load, therefore, decreases. (3) This approach can be applied to the shell type structures. (4) The present method can be applied to the various structures composed of plate and beam members, for example, plates with hole and the stiffened plates with hole stiffened by spigot, doubler and/or stiffener, for the optimal design.
Thick cylindrical structures, such as assemblies with electrical induction heaters or nuclear fuel element, are sometimes subjected to thermal stresses from internal heating. Such stresses are produced by temperature gradients between the inside and outside surfaces. These problems possess symmetry about either a point or an axis. the objective of this paper is to present the determination of the temperature distribution and thermal stress-strain within a conducting body by finite element method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.3
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pp.79-84
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1998
It is very difficult to analyze the transient temperature distribution during quenching of the steel because of coupled effects among temperature, structures and stresses. In this paper, using Inoue's equation of evolution and mixture rule, transient temperature distribution is calculated by the finite element method considering latent heat of transformation structure and temperature dependence of physical and mechanical prperties for the 0.45% carbon cylindrical steel bar with 40mm diameter and 20mm height during end-quenching.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.1177-1184
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2002
In this paper, power flow analysis method on the various types of thin shell has been developed to solve vibrational Problems in the medium to high frequency ranges. Energy governing equations have been derived both for out-of plane and in-plane waves in thin shell. These results have been numerically applied to predict the vibrational energy density and intensity distributions of cylindrical, spherical and doubly-curved shells.
Numerical investigation has been carried out for laminar flow ($Re{\leq}150$) past a square cylinder in cross freestream with an angle of attack. This study would be the first step towards understanding flow-induced forces on cylindrical structures under a strong gust of wind from the viewpoint of wind hazards. Collecting all the numerical results obtained, we propose contour diagrams of drag/lift coefficients and Strouhal number (St) on an Re-Angle plane.
The goal of this study is to fill this apparent gap in the area about vibration analysis of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) curved panels by providing 3-D vibration analysis results for functionally graded multiwalled carbon nanotubes (FG-MWCNTs) sandwich structure with power-law distribution of nanotube. The effective material properties of the FG-MWCNT structures are estimated using a modified Halpin-Tsai equation. Modified Halpin-Tsai equation was used to evaluate the Young's modulus of MWCNT/epoxy composite samples by the incorporation of an orientation as well as an exponential shape factor in the equation. The exponential shape factor modifies the Halpin-Tsai equation from expressing a straight line to a nonlinear one in the MWCNTs wt% range considered. Also, the mass density and Poisson's ratio of the MWCNT/phenolic composite are considered based on the rule of mixtures. Parametric studies are carried out to highlight the influence of MWCNT volume fraction in the thickness, different types of CNT distribution, boundary conditions and geometrical parameters on vibrational behavior of FG-MWCNT thick curved panels. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary conditions including Free, Simply supported and Clamped at the curved edges. For an overall comprehension on 3-D vibration analysis of sandwich panel, some mode shape contour plots are reported in this research work.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.6
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pp.609-615
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2011
Excitation and propagation of electromagnetic field of a cylindrical coil above an arbitrary number of conductive plates for pulsed eddy current testing(PECT) are very complex problems due to their complicated physical properties. In this paper, analytical modeling of PECT is established by Fourier series based on truncated region eigenfunction expansion(TREE) method for a single air-cored coil above stratified conductive structures(SCS) to investigate their integrity. From the presented expression of PECT, the coil impedance due to SCS is calculated based on analytical approach using the generalized reflection coefficient in series form. Then the multilayered structures manufactured by non-ferromagnetic (STS301L) and ferromagnetic materials (SS400) are investigated by the developed PECT model. Good prediction of analytical model of PECT not only contributes to the development of an efficient solver but also can be applied to optimize the conditions of experimental setup in PECT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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