An analytical solution for the shape functions of a beam segment supported on a generalized two-parameter elastic foundation is derived. The solution is general, and is not restricted to a particular range of magnitudes of the foundation parameters. The exact shape functions can be utilized to derive exact analytic expressions for the coefficients of the element stiffness matrix, work equivalent nodal forces for arbitrary transverse loads and coefficients of the consistent mass and geometrical stiffness matrices. As illustration, each distinct coefficient of the element stiffness matrix is compared with its conventional counterpart for a beam segment supported by no foundation at all for the entire range of foundation parameters.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.36
no.3
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pp.44-51
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2004
The effect of refining conditions and grammage on the stiffness of linerboard was investigated. The correlations between Taber stiffness and resonance stiffness were very low due to the different measuring principle. The refining conditions did not affect sig nificantly on both Taber and resonance stiffness estimated here. This means that it is strongly recommended to find and apply the refining conditions which can reduce specific energy consumption. Taber stiffness showed very high correlation for the thickness and elastic modulus of linerboard, while the resonance stiffness showed much lower correlation. Effective thicknesses for Taber stiffness were very well fitted with measured thickness, while those for resonance stiffness depended on the grammage of linerboard.
The reflection and transmission of micropolar thermoelastic plane waves at the interface between an elastic solid and micropolar generalized thermoelastic solid is discussed. The interface boundary conditions obtained contain interface stiffness (normal stiffness and transverse stiffness). The expressions for the reflection and transmission coefficients which are the ratios of the amplitudes of reflected and transmitted waves to the amplitude of incident waves are obtained for normal force stiffness, transverse force stiffness and welded contact. Numerical calculations have been performed for amplitude ratios of various reflected and transmitted waves. The variations of amplitude ratios with angle of incident wave have been depicted graphically. It is found that the amplitude ratios of reflected and transmitted waves are affected by the stiffness, micropolarity and thermal distribution of the media.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.191-198
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2003
The pavement stiffness is scarcely used in structural analysis to design the superstructure of bridge. It is reasonable not to consider it in the case of asphalt concrete pavement over concrete deck because the pavement stiffness compared with the concrete deck plate can be ignored. However, sometimes, the pavement materials have a similar amount of elastic modulus to concrete and are applied to the orthotropic steel deck plate which has relatively less stiffness compared with the concrete deck plate. In this paper, the steel plate deck of a real bridge project was analyzed by considering the pavement stiffness by linear elastic FEM. It was assumed that a perfect bond between the steel plate deck and the pavement exited. The results indicated that the structural behavior of the orthotropic steel deck plate can be estimated enough to affect the evaluation result of structural capacity in some cases. Therefore, the investigations by experimental tests and more advanced numerical model are indispensible in figuring the design formula for considering the effects of pavement stiffness in the structural analysis of an orthotropic bridge.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.209-216
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2000
The purpose of this study is to investigate elasto-plastic behaviour and estimate ultimate resistance capacity of the residential-commercial building subjected to lateral force along the height of structure. Four types of residential-commercial building are chosen as analytical models and investigated by pushover analysis. Pushover analysis estimates initial elastic stiffness, post-yielding stiffness, and plastic hinges on each story of structures through three-dimensional nonlinear analysis program CANNY-99. Skeleton curve of bending stiffness model is bilinear, shear stiffness model is trilinear, and axial stiffness model is elastic. Skeleton curve of axial stiffness model has the axial compression and tension stiffness of reinforced concrete members. This study presents the change of inter story drift, story stiffness and hinge of story and member.
Kim, SeongJin;Lee, YongKyung;Choi, Jaehyuck;Hong, YoungKi;Kim, JungSung
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.40
no.5
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pp.158-164
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2019
The interbody fusion cage used to replace the degenerative intervertebral disc is largely composed of titanium-based biomaterials and biopolymer materials such as PEEK. Titanium is characterized by osseointergration and biocompatibility, but it is posed that the phenomenon such as subsidence can occur due to high elastic modulus versus bone. On the other hand, PEEK can control the elastic modulus in a similar to bone, but there is a problem that the osseointegration is limited. The purpose of this study was to implement titanium material's stiffness similar to that of bone by applying cellular structure, which is able to change the stiffness. For this purpose, the cellular structure A (BD, Body Diagonal Shape) and structure B (QP, Quadral Pod Shape) with porosity of 50%, 60%, 70% were proposed and the reinforcement structure was suggested for efficient strength reinforcement and the stiffness of each model was evaluated. As a result, the stiffness was reduced by 69~93% compared with Ti6Al4V ELI material, and the stiffness most similar to cortical bone is calculated with the deviation of about 12% in the BD model with 60% porosity. In this study, the interbody fusion cage made of Ti6Al4V ELI material with stiffness similar to cortical bone was implementing by applying cellular structure. Through this, it is considered that the limitation of the metal biomaterial by the high elastic modulus may be alleviated.
Turan, Muhittin;Adiyaman, Gokhan;Kahya, Volkan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.3
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pp.423-442
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2016
This study considers a functionally graded (FG) elastic layer resting on homogeneous elastic substrate under axisymmetric static loading. The shear modulus of the FG layer is assumed to vary in an exponential form through the thickness. In solution, the FG layer is approximated into a multilayered medium consisting of thin homogeneous sublayers. Stiffness matrices for a typical homogeneous isotropic elastic layer and a half-space are first obtained by solving the axisymmetric elasticity equations with the aid of Hankel's transform. Global stiffness matrix is, then, assembled by considering the continuity conditions at the interfaces. Numerical results for the displacements and the stresses are obtained and compared with those of the classical elasticity and the finite element solutions. According to the results of the study, the approach employed here is accurate and efficient for elasto-static problems of FGMs.
Kim Tae-Yeon;Han Taek-Hee;Han Keum-Ho;Kang Jin-Ook;Lee Myeoung-Sub;Kang Young-Jong
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.111-118
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2006
The elastic buckling strength of a corrugated culvert made of orthotropic material such as FRP was evaluated. The height and length of a corrugated wave and the thickness of the culvert were considered as factors affecting the buckling strength of the culvert. And also, the ratio of the longitudinal stiffness and transverse stiffness was considered as the parameter affecting on the buckling strength of the used orthotropic material. Buckling strengths of various corrugated culvert models with different shapes and stiffness ratio were evaluated by FE analyses and a formula to estimate the elastic buckling strength was suggested from the regression with FE analysis results. Analysis results show that a corrugated culvert has superior buckling strength to a general flat pipe and the suggested formula estimates accurate buckling strength of the corrugated culverts made of orthotropic material.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.385-392
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2002
Derivation procedures of exact elastic element stiffness matrix of thin-walled curved beams are rigorously presented for the static analysis. An exact elastic element stiffness matrix is established from governing equations for a uniform curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section. First this numerical technique is accomplished via a generalized linear eigenvalue problem by introducing 14 displacement parameters and a system of linear algebraic equations with complex matrices. Thus, the displacement functions of displacement parameters are exactly derived and finally exact stiffness matrices are determined using member force-displacement relationships. The displacement and normal stress of the section are evaluated and compared with thin-walled straight and curved beam element or results of the analysis using shell elements for the thin-walled curved beam structure in order to demonstrate the validity of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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