The effect of central axial load on natural frequencies of various thin-walled beams, are investigated by some researchers using different methods such as finite element, transfer matrix and dynamic stiffness matrix methods. However, there are situations that the load will be off centre. This type of loading is called eccentric load. The effect of the eccentricity of axial load on the natural frequencies of asymmetric thin-walled beams is a subject that has not been investigated so far. In this paper, the mentioned effect is studied using exact dynamic stiffness matrix method. Flexure and torsion of the aforesaid thin-walled beam is based on the Bernoulli-Euler and Vlasov theories, respectively. Therefore, the intended thin-walled beam has flexural rigidity, saint-venant torsional rigidity and warping rigidity. In this paper, the Hamilton‟s principle is used for deriving governing partial differential equations of motion and force boundary conditions. Throughout the process, the uniform distribution of mass in the member is accounted for exactly and thus necessitates the solution of a transcendental eigenvalue problem. This is accomplished using the Wittrick-Williams algorithm. Finally, in order to verify the accuracy of the presented theory, the numerical solutions are given and compared with the results that are available in the literature and finite element solutions using ABAQUS software.
El-Kholy, Ahmed M.;Mourad, Sherif A.;Shaheen, Ayman A.;Mohamed, Yomna A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.72
no.5
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pp.569-583
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2019
Tubular steel sections are widespread all over the world because of their strength and aesthetic appearance. Tubular steel members may exhibit local buckling such as elephant foot or overall buckling under extreme compression load. Recently, external bonding of fiber reinforced polymers (FRP) sheets for strengthening these members has been explored through experimental research. This paper presents three-dimensional nonlinear finite element analysis (FEA) to investigate the structural behavior of strengthening tubular steel members with FRP against local and overall buckling phenomena. Out-of-roundness and out-of-straightness imperfections were introduced to the numerical models to simulate the elephant foot and overall buckling, respectively. The nonlinear analysis preferences such as the integration scheme of the shell elements, the algorithm for solution of nonlinear equations, the loading procedure, the bisection limits for the load increments, and the convergence criteria were set, appropriately enough, to successfully track the sophisticated buckling deformations. The agreement between the results of both the presented FEA and the experimental research was evident. The FEA results demonstrated the power of the presented rigorous FEA in monitoring the plastic strain distribution and the buckling phenomena (initiation and propagation). Consequently, the buckling process was interpreted for each mode (elephant foot and overall) into three sequential stages. Furthermore, the influence of FRP layers on the nonlinear analysis preferences and the results was presented.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.77-84
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2015
The purpose of this study was the analytical safety evaluation on the super-structure of precast modular bridge using standardized modular members and robotic construction during the transportation routing and lifting conditions. In order to evaluate the safety performance of the bridge system, 3-D full scale Finite Element (FE) of 40 m standardized modular block was developed in ABAQUS, followed by the analytical study to classify the structural system according to steel girder structures: 1) modular bridge block lifting method including the steel girder system; 2) modular bridge block lifting method without the steel girder system. The results from the analytical study revealed that the maximum stress of each modular member was within the maximum allowable stresses during lifting condition. However, the stress concentration at the connected area was more critical in comparison to the behavior of 40 m combined modular blocks during lifting time
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.3
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pp.373-393
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2014
A finite element model for predicting the entire nonlinear behavior of reinforced high-strength concrete continuous beams is described. The model is based on the moment-curvature relations pre-generated through section analysis, and is formulated utilizing the Timoshenko beam theory. The validity of the model is verified with experimental results of a series of continuous high-strength concrete beam specimens. Some important aspects of behavior of the beams having different tensile reinforcement ratios are evaluated. In addition, a parametric study is carried out on continuous high-strength concrete beams with practical dimensions to examine the effect of tensile reinforcement on the degree of moment redistribution. The analysis shows that the tensile reinforcement in continuous high-strength concrete beams affects significantly the member behavior, namely, the flexural cracking stiffness, flexural ductility, neutral axis depth and redistribution of moments. It is also found that the relation between the tensile reinforcement ratios at critical negative and positive moment regions has great influence on the moment redistribution, while the importance of this factor is neglected in various codes.
This paper focuses on assessing the failure of one of the transmission towers that collapsed in Winnipeg, Canada, as a result of a microburst event. The study is conducted using a fluid-structure numerical model that was developed in-house. A major challenge in microburst-related problems is that the forces acting on a structure vary with the microburst parameters including the descending jet velocity, the diameter of the event and the relative location between the structure and the jet. The numerical model, which combines wind field data for microbursts together with a non-linear finite element formulation, is capable of predicting the progressive failure of a tower that initiates after one of its member reaches its capacity. The model is employed first to determine the microburst parameters that are likely to initiate failure of a number of critical members of the tower. Progressive failure analysis of the tower is then conducted by applying the loads associated with those critical configurations. The analysis predicts a collapse of the conductors cross-arm under a microburst reference velocity that is almost equal to the corresponding value for normal wind load that was used in the design of the structure. A similarity between the predicted modes of failure and the post event field observations was shown.
Making a transverse opening in concrete beams in order to accommodate utility services through the member instead of below or above of that, sometimes may be necessary. It is obvious that inclusions of an opening in a beam decreases its flexural and shear strengths. Fabricated steel bars are usually used to increase the capacity of the opening section, but details of reinforcements around the opening are dense and complex resulting in laborious pouring and setup process. The goal of this study was to investigate the possibility of using steel fibers in concrete mixture instead of complex reinforcement detailing order to strengthen opening section. Nonlinear finite element method was employed to investigate the behavior of steel fiber reinforced concrete beams. The numerical models were validated by comparison with experimental measurements tested by other investigators and then used to study the influence of fiber length, fiber aspect ratio and fiber content on the shear performance of SFRC slender beams with opening. Finally, it was concluded that the predicted shear strength enhancement is considerably influenced by use of steel fibers in concrete mixture but the effect of fiber length and fiber aspect ratio wasn't significant.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.4
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pp.33-40
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2007
Crashworthiness design is of special interest in automotive industry and in the transportation safety field to ensure the vehicle structural integrity and more importantly the occupant safety in the event of the crash. Front side assembly is one of the most important energy absorbing components in relating to the crashworthiness design of vehicle. The structure and shape of the front side assemblies are different depending on auto-makers and size of vehicles. Thus, it is not easy to grab an insight on designer's intention when you glance at a new front side member without experiences. In this paper, we have performed the explicit nonlinear dynamic finite element analysis on the front side assembly of passenger cars to identify the mechanical roles of major parts in relation to collapse modes from the viewpoint of reverse engineering. To do this, we have performed crash FE analysis for the two different assemblies of small car and heavy passenger car and have compared dynamic behaviors of the two.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.10a
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pp.22-27
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1990
Since an eigenvalue problem in structural analysis has been recognized as an important process for the assessment of structural strength, it is usually to be carried out the eigenvalue analysis or buckling analysis of structures when the compression behabiour of the member is dorminant. In general, various variables involved in the eigenvalue problem have also shown their variability. So it is natural to apply the probabilistic analysis into such problem. Since the limit state equation for the eigenvalue analysis or buckling reliability analysis is expressed implicitly in terms of random variables involved, the probabilistic finite element method is combined with the conventional reliability method such as MVFOSM and AFOSM for the determination of probability of failure due to buckling. The accuracy of the results obtained by this method is compared with results from the Monte Carlo simulations. Importance sampling method is specially chosen for overcomming the difficulty in a large simulation number needed for appropriate accurate result. From the results of the case study, it is found that the method developed here has shown good performance for the calculation of probability of buckling failure and could be used for checking the safety of the calculation of probability of buckling failure and could be used for checking the safely of frame structure which might be collapsed by either yielding or buckling.
Changes in the accuracy of the geometrical shape after a surface treatment are often very large due to the variation of the deformation mechanisms such as edge draw-in and the variation in springback caused by the reduction in the coefficient of friction between the tool and the blank. In the present study, the resulting shape accuracy due to the changes in deformation is quantitatively examined in order to predict the variation and to remove any undesirable additional tool compensation for the center pillar member made from steel with a UTS of 980MPa. The study examines important process parameters that are closely related with the edge draw-in such as the blank holding force, the contact status between the tool and the blank and the friction coefficient. The proposed method is applied within the finite element analysis of the stamping process for tools after a surface treatment and the amount of edge draw-in and flush values are compared between the analysis and experiments. The results demonstrate that the proposed quantification and finite element scheme are applicable to complicated tool compensation procedures and compensation can be designed effectively.
Kim, Woon-Hak;Hu, Man-Moo;Kim, Tae-Hoon;Choi, Jeong-Ho;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.2
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pp.113-119
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2002
In the prestressed concrete structures, stresses are gradually redistributed with time due to the creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressed steel. In this study a numerical procedure and computer program is developed to analyze the behavior of prestressed concrete structures considering the time-dependent properties of material. It accounts for the aging, creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressed steel. The structural model uses two dimensional plane frame elements with three nodal degree of freedom and is analyzed based on the finite element method. Member cross section can consist of concrete, reinforcement and prestressing steel. Two different set of equations for the prediction of time-dependent material properties of concrete are presented, which are ACI, CEB-FIP. Analytical studies for different examples of prestressed concrete structures have been performed to demonstrated the capabilities and practical applicabilities of the developed program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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