Kim, Nam-Il;Jung, Sung-Yeop;Lee, Jun-Seok;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.2
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pp.113-125
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2007
Improved numerical method to obtain the exact stiffness matrices is newly proposed to perform the spatially coupled elastic and stability analyses of non-symmetric and open/closed thin-walled beam on elastic foundation. This method overcomes drawbacks of the previous method to evaluate the exact stiffness matrix for the spatially coupled stability analysis of thin-walled beam-column This numerical technique is accomplished via a generalized eigenproblem associated with 14 displacement parameters by transforming equilibrium equations to a set of first order simultaneous ordinary differential equations. Next polynomial expressions as trial solutions are assumed for displacement parameters corresponding to zero eigenvalues and the eigenmodes containing undetermined parameters equal to the number of zero eigenvalues are determined by invoking the identity condition. And then the exact displacement functions are constructed by combining eigensolutions and polynomial solutions corresponding to non-zero and zero eigenvalues, respectively. Consequently an exact stiffness matrix is evaluated by applying the member force-deformation relationships to these displacement functions. In order to illustrate the accuracy and the practical usefulness of this study, the numerical solutions are compared with results obtained from the thin-walled beam and shell elements.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.5
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pp.93-101
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2016
In this study, the governing equations of motion for multi-cracked nonuniform nanobeam based on nonlocal elasticity theory and embedded in an elastic medium were derived. DTM(differential transformation method) was applied to vibration analysis of multi-cracked nonuniform nanobeam based on nonlocal elasticity theory and embedded in an elastic medium. The non-dimensional natural frequencies of this nanobeam were obtained for eoe, crack stiffness and elastic medium stiffness with various boundary conditions. The results obtained by this method was compared with previous works and showed the close agreement between two methods. The important conclusions obtained by this study are as follows : 1. As the length of nanobeam is shorter, the effect of scale coefficient is greater. 2. The locations of crack change non-dimensional natural frequency, In the case of fixed-fixed ends, the non-dimensional natural frequency is the biggest in the first crack location of 0.6L of nanobeam length, and the smallest in both ends. In the case of fixed-free ends, the closer the location of first crack go tho the free end, the bigger the non-dimensional natural frequency. 3. As the stiffness of crack is greater, the non-dimensional natural frequency is smaller, And the effect of crack stiffness is similar on both fixed-free ends and fixed-fixed ends. 4. The bigger the stiffness of elastic medium, the greater the non - dimensional natural frequency.
A functional external fixator system for bone deformity near the joints using worm gear was developed for curing the angle difference in fracture bones while the lengthening bar was developed for curing the differences in length, also in fracture bones. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for bone deformity near joints. The FE model using compressive and bending FE analysis was applied due to the angle differentiations. The results indicate that compressive stiffness value in the experiment was 175.43N/mm, bending stiffness value in the experiment was 259.74 N/mm, compressive stiffness value in the FEA was 188.67 N/mm, and bending stiffness value in the FEA was 285.71 N/mm. Errors between experiments and FEA were less than $10\%$ in both the 'compressive stiffness and the bending stiffness. The maximum stress (157 MPa) applied to the angle of the clamp was lower than the yield stress (176.4 MPa) of SUS316L. The degree of stiffness in both axial compression and bending of the new fixator are about 2 times greater than other products, with the exception of EBI (2003).
Yi-Fan Lyu;Guo-Qiang Li;Ke Cao;Si-Yuan Zhai;De-Yang Kong;Xuan-Yi Xue;Heng Li
Steel and Composite Structures
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v.48
no.3
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pp.321-333
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2023
This paper proposes a comprehensive investigation on lateral stiffness of corner-supported steel modular frame using splice connection. A full-scale modular frame with two stacked steel modules under lateral load is tested. Ductile pattern in the transfer of lateral load is found in the final failure mode. Two types of lateral stiffness, including tangent stiffness and secant stiffness, are defined from the load-displacement due to the observed nonlinearity. The difference between these two types of stiffness is found around 20%. The comparisons between the experimental lateral stiffness and the predictions of classical methods are also conducted. The D-value method using hypothesis of independent case is a conservative option for predicting lateral stiffness, which is more recommended than method of contraflexural bending moment. Analyses on two classical short-rod models, including fix-rod model and pin-rod model, are further conducted. Results indicate that fix-rod model is more recommended than pin-rod model to simplify splice connection for simulation on lateral stiffness of modular frame in elastic design stage.
Differential transform method (DTM) for free vibration analysis of both ends simply supported beam resting on elastic foundation is suggested. The fourth order partial differential equation for free vibration of the beam resting on elastic foundation subjected to bending moment, shear and axial compressive load is obtained by using Winkler hypothesis and small displacement theory. It is assumed that the material is linear-elastic, and that axial load and modulus of subgrade reaction to be constant. In the analysis, shear and axial load effects are considered. The frequency factors of the beam are calculated by using DTM due to the values of relative stiffness; the results are presented in graphs and tables.
A new generalized Bernoulli/Timoshenko beam-column element on a two-parameter elastic foundation is presented herein. This element is based on the exact solution of the differential equation which describes the deflection of the axially loaded beam resting on a two-parameter elastic foundation, and can take into account shear deformations, semi - rigid connections, and rigid offsets. The equations of equilibrium are formulated for the deformed configuration, so as to account for axial force effects. Apart from the stiffness matrix, load vectors for uniform load and non-uniform temperature variation are also formulated. The efficiency and usefulness of the new element in reinforced concrete or steel structures analysis is demonstrated by two examples.
The present paper is concerned with vibrations of an elastic bridge loaded by a moving elastic beam of a finite length, which is an extension of the authors' previous study where the second beam was modeled as a semi-infinite beam. The second beam, which represents a train, moves with a constant speed along the bridge and is assumed to be connected to the bridge by the limiting case of a rigid interface such that the deflections of the bridge and the train are forced to be equal. The elastic stiffness and the mass of the train are taken into account. The differential equations are developed according to the Bernoulli-Euler theory and formulated in a non-dimensional form. A solution strategy is developed for the flexural vibrations, bending moments and shear forces in the bridge by means of symbolic computation. When the train travels across the bridge, concentrated forces and moments are found to take place at the front and back side of the train.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.166-173
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2000
This paper describes the method of evaluating the elastic modulus of soil medium by using the Retangular Plate Loading Test. The foundaton is considered to be the elastic half-space. The stiffness matrix of elastic half space is drived using Boussinesq's analytical soulution. A numerical examples are presented to verify the validity of this procedure. Also, the numerical results are compared with those of the existing study results. The procedure proposed in this theses can be applied to the design of concrete paving resting on the elastic foundation
This study contributes to evaluate multiphase topology optimization design of plate-like structures on elastic foundations by using classic plate theory. Multi-material optimal topology and shape are produced as an alternative to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Multi-material topology optimization problem is solved through an alternative active-phase algorithm with Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Stiffness and adjoint sensitivity formulations linked to thin plate potential strain energy are derived in terms of multiphase design variables and Winkler-Pasternak parameters considering elastic foundation to apply to the current topology optimization. Numerical examples verify efficiency and diversity of the present topology optimization method of elastic thin plates depending on multiple materials and Winkler-Pasternak parameters with the same amount of volume fraction and total structural volume.
In this study, circular plates subjected to general type of loads and supported on a two-parameter elastic foundation are analysed. The stiffness, elastic bedding and soil shear effect matrices of a fully compatible ring sector plate element, developed by Saygun (1974), are obtained numerically assuming variable thickness of the element. Ring sector soil finite element is also defined to determine the deflection of the soil surface outside the domain of the plate in order to establish the interaction between the plate and the soil. According to Vallabhan and Das (1991) the elastic bedding (C) and shear parameters ($C_T$) of the foundation are expressed depending on the elastic constants ($E_s$, $V_s$) and the thickness of compressible soil layer ($H_s$) and they are calculated with a suitable iterative procedure. Using ring sector elements presented in this paper, permits the generalization of the loading and the boundary conditions of the soil outside the plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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