In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.2
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pp.89-98
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2012
This study investigates the optimum structural design of space truss considering global buckling, and is to obtain the minimal weight of the structure. The mathematical programming method is used for optimization of each member by member force. Besides, dynamic programming method is adapted for consideration in snap-through buckling. The mathematical modeling for optimum design of truss members consists of objective function of total weight and constrain equations of allowable tensile (or compressive) stress and slenderness. The tangential stiffness matrix is examined to find the critical point on equilibrium path, and a ratio of the buckling load to design load is reflected in iteration procedures of dynamic programming method to adjust the stiffness of space truss. The star dome is examined to verify the proposed optimum design processor. The numerical results of the model are conversed well and satisfied all constrains. This processor is a relatively simple method to carry out optimum design with consideration in global buckling, and is viable in practice with respect to structural design.
Soltanieh, Ghazaleh;Yam, Michael CH.;Zhang, Jing-Zhou;Ke, Ke
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.1
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pp.39-50
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2022
Layer separation (delamination) is an essential threat to fiber-reinforced polymer (FRP) plates under dynamic, static, and fatigue loads. Under compressive load, the growth of delamination will lead to structural instability. The aim of this paper is to present a method using shape memory alloy (SMA) stitches to suppress the delamination growth in a FRP plate and to improve the buckling behavior of the plate with a rectangular hole. The present paper is divided into two parts. Firstly, a closed-form (CF) formulation for evaluating the buckling load of the FRP plate is presented. Secondly, the finite element method (FEM) will be employed to calculate the buckling loads of the plates which serves to validate the results obtained from the closed-form method. The novelty of this work is the development of the closed-form solution using the p-Ritz energy approach regarding the stress-dependent phase transformation of SMA to trace the equilibrium path. For the FEM, the Lagoudas constitutive model of the SMA material is implemented in FORTRAN programming language using a user material subroutines (VUMAT). The model is simulated in ABAQUS/Explicit solver due to the nature of the loading type. The cohesive zone model (CZM) is applied to simulate the delamination growth.
Jo, Gwon-Gu;Lee, Do-In;An, In-Seop;Heo, Bo-Yeong;Jo, Jong-Chun;Kim, Seon-Jin;Mun, In-Hyeong
Korean Journal of Materials Research
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v.3
no.1
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pp.50-57
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1993
Abstract The sintering behavior of the mechanically alloyed AI-8wt%Fe power during vacuum hot pressing was investigated and high temperature deformation behavior of the sintered specimen was studied through compression tests at various strain rates in the temperature range between 35$0^{\circ}C$ and 45$0^{\circ}C$. In 'addition, thermal stablity of the sintered specimem was examined by hardness measurement after annealing the spcimem for 60 hours in the temperature range of 30$0^{\circ}C$ ~50$0^{\circ}C$. The compressive stress increased rapidly with strain and reached the maximum point at the strain about 3%. With slight decrement after reaching the maximum point, the flow stress became constant up to the strain of 30% and it was considered to be due to equilibrium between work hardening and dynamic recrystallization. The hardness of the 60 hrs annealed specimens began to decrease rapidly at 40$0^{\circ}C$ .
Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) is a general test equipment for measuring the mechanical properties of high modulus metal and composite materials at high strain rate. However, for the soft plastic material, it is difficult to hold the specimen and achieve dynamic stress equilibrium due to the weak transmitted signals. In this study, SHPB test apparatus were designed to measure accurately the high strain rate stress-strain curve of the soft plastic materials by changing the incident bar materials and the shape of the specimen holder parts. In addition, to verify the high strain-rate tensile strain data obtained from SHPB, the strain distribution of the specimen was measured and analyzed with a high-speed camera and the digital image correlation (DIC), which was compared with the strain history measured from SHPB.
Yun, Hee Taek;Kim, Nam Il;Kim, Moon Young;Gil, Heung Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.4
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pp.509-518
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2002
In order to perform the spatial buckling and static analysis of the nonsymmetric thin-walled beam-column element, improved exact static stiffness matrices were evaluated using equilibrium equation and force-deformation relationships. This numerical technique was obtained using a generalized linear eigenvalue problem, by introducing 14 displacement parameters and system of linear algebraic equations with complex matrices. Unlike the evaluation of dynamic stiffness matrices, some zero eigenvalues were included. Thus, displacement parameters related to these zero eigenvalues were assumed as polynomials, with their exact distributions determined using the identity condition. The exact displacement functions corresponding to three loadingcases for initial stress-resultants were then derived, by consistently combining zero and nonzero eigenvalues and corresponding eigenvectors. Finally, exact static stiffness matrices were determined by applying member force-displacement relationships to these displacement functions. The buckling loads and displacement of thin-walled beam were evaluated and compared with analytic solutions and results using ABAQUS' shell element or straight beam element.
Lucas Mognon Santiago Prates;Felipe Piana Vendramell Ferreira;Alexandre Rossi;Carlos Humberto Martins
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.451-469
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2023
The use of precast hollow-core slabs (PCHCS) in civil construction has been increasing due to the speed of execution and reduction in the weight of flooring systems. However, in the literature there are no studies that present a finite element model (FEM) to predict the load-slip relationship behavior of pushout tests, considering headed stud shear connector and PCHCS placed at the upper flange of the downstand steel profile. Thus, the present paper aims to develop a FEM, which is based on tests to fill this gap. For this task, geometrical non-linear analyses are carried out in the ABAQUS software. The FEM is calibrated by sensitivity analyses, considering different types of analysis, the friction coefficient at the steel-concrete interface, as well as the constitutive model of the headed stud shear connector. Subsequently, a parametric study is performed to assess the influence of the number of connector lines, type of filling and height of the PCHCS. The results are compared with analytical models that predict the headed stud resistance. In total, 158 finite element models are processed. It was concluded that the dynamic implicit analysis (quasi-static) showed better convergence of the equilibrium trajectory when compared to the static analysis, such as arc-length method. The friction coefficient value of 0.5 was indicated to predict the load-slip relationship behavior of all models investigated. The headed stud shear connector rupture was verified for the constitutive model capable of representing the fracture in the stress-strain relationship. Regarding the number of connector lines, there was an average increase of 108% in the resistance of the structure for models with two lines of connectors compared to the use of only one. The type of filling of the hollow core slab that presented the best results was the partial filling. Finally, the greater the height of the PCHCS, the greater the resistance of the headed stud.
The geological characteristics of Korea are that we can encounter the rock layer only after 10m of excavation, methods to presume the rock pressure distribution of the rock layer is urgently needed. When using the existing empiric science of Terzaghi-Peck, Tschebotarioff to measure the rock pressure of the rock layer, underestimate the real strength because of the cohesion is ignored. Therefore calculating the horizontal sliding force of wedge block, which includes the dips and shear strength of discontinuities and surcharge load etc., think to be to getting a closer rock stress of the real rock pressure acting upon the earth structure in rock mass. This research use Coulomb soil pressure theory assuming that the backfill soil will yield wedge failure when it has cohesion, applying Prakash-Saran(l963), and then it uses equilibrium of force and shear strength $\tau$=c+$\sigma$tan $\Phi$ of the cliscontinuities. Analyzing shear strength and dips of cliscontinuities using calculated theory according to the status of discontinuities aperture, we were able to find out that because the cohesion and friction angle of the rock layer itself is large enough, how the dip directions and dips facing the excavation face is the only factor deciding whether or not the rock stress is applied. The evaluated theory of this research should be strictly estimated, so that the many parameters such as c, $\Phi$value, types and structures of rock class, excessive lateral pressure, dynamic load, earthquake, needed later when calculating shear strength of discontinuities and especially the ground water effect acting on rock layer should be coumpted with many measuring data achieve at the insite to study the application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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