• 대한조선학회논문집
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• 제47권5호
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• pp.709-718
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• 2010

This paper deals with two contents: first, distributions of plate slenderness ratios, stiffened plate slenderness ratios, and stiffener slenderness ratios, which include dimensions and material variables of stiffened plates, of stiffened plates of large-sized in-service vessels, and, second, comparison of compressive strengths. The investigated vessels consist of 59 tankers, 49 bulkers, 28 product carriers, 15 container carriers, and 12 multi-purpose vessels. The tankers are ranged from handymax class to VLCC and larger than Suezmax class. The sizes of the bulkers are 20K to 200K deadweight. The maximum size of containers is less than 5000TEU class. Two parameters for normal distributions of the slenderness ratios (mean and standard deviation) are suggested and probable ranges of the slenderness ratios are also graphically presented. The ultimate strengths of the stiffened plates are presented using the various simplified formulas and nonlinear FEAs. As well, average compressive strength curves, which are necessary for the estimation of the hull girder moment capacities, are proposed. It is proved that formulas for stiffened plates in CSR overestimate slightly in overall average strain range. Mode5 formula (plate buckling mode) in CSR show unreasonably conservative results with respect to the ultimate strengths rather than post-ultimate average compressive strengths.

• Steel and Composite Structures
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• 제23권4호
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• pp.473-481
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• 2017

Steel plate shear wall (SPSW) system has been increasingly used for lateral loads resisting system since 1980s when the utilization of post-buckling strength of SPSW was realized. The structural response of SPSWs largely depends on the behavior of the surrounded beams. The beams are normally required to behave in the elastic region when the SPSW fully buckled and formed the tension field action. However, most modern design codes do not specify how this requirement can be achieved. This paper presents theoretical investigation and design procedures of manually calculating the plastic flexural capacity of the beams of SPSWs and can be considered as an extension to the previous work by Qu and Bruneau (2011). The reduction in the plastic flexural capacity of beam was considered to account for the presence of shear stress that was altered towards flanges at the boundary region, which can be explained by Saint-Venant's principle. The reduction in beam web was introduced and modified based on the research by Qu and Bruneau (2011), while the shear stress in the web in this research is excluded due to the boundary effect. The plastic flexural capacity of the beams is given by the superposition of the contributions from the flanges and the web. The developed equations are capable of predicting the plastic moment of the beams subjected to combined shear force, axial force, bending moment, and tension fields induced by yielded infill panels. Good agreement was found between the theoretical results and the data from previous research for flexural capacity of beams.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제66권5호
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• pp.557-568
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• 2018

An investigation is made in the present work on the post-buckling and geometrically nonlinear behaviors of moderately thick perfect and imperfect rectangular plates made-up of functionally graded materials. Spectral collocation approach based on Legendre basis functions is developed to analyze the functionally graded plates while they are subjected to end-shortening strain. The material properties in this study are varied through the thickness according to the simple power law distribution. The fundamental equations for moderately thick rectangular plates are derived using first order shear deformation plate theory and taking into account both geometric nonlinearity and initial geometric imperfections. In the current study, the domain of interest is discretized with Legendre-Gauss-Lobatto nodes. The equilibrium equations will be obtained by discretizing the Von-Karman's equilibrium equations and also boundary conditions with finite Legendre basis functions that are substituted into the displacement fields. Due to effect of geometric nonlinearity, the final set of equilibrium equations is nonlinear and therefore the quadratic extrapolation technique is used to solve them. Since the number of equations in this approach will always be more than the number of unknown coefficients, the least squares technique will be used. Finally, the effects of boundary conditions, initial geometric imperfection and material properties are investigated and discussed to demonstrate the validity and capability of proposed method.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 1999년도 춘계학술대회논문집
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• pp.14-17
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• 1999

The wrinkling behavior of a thin sheet with perfect geometry is a kind of compressive instability. The compressive instability is influenced by many factors such as stress state mechanical properties of the sheet material geometry of the body contact conditions and plastic anisotropy. The analysis of compressive instability in plastically deforming body is difficult considering all the factors because the effects of the factors are very complex and the instability behavior may show wide variation for small deviation of the factors. In this study the bifurcation theory is introduced for the finite element analysis of puckering initiation and growth of a thin sheet with perfect geometry. All the above mentioned analysis and the post-bifurcation behavior is analyzed by introducing the branching scheme proposed by Riks. The finite element formulation is based on the incremental deformation theory and elastic-plastic material modeling. in order to investigate the effect of plastic anisotropy on the compressive instability a square plate that is subjected to compression in one direction and tension in the other direction is analyzed by the above-mentionedfinite element analysis. The critical stress ratios above which the buckling does not take place are found for various plastic anisotropic modeling method and discussed. Finally the effect of plastic anisotropy on the puckering behavior in the spherical cup deep drawing process is investigated.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.209-220
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• 2000

보강된 판 및 쉘구조의 기하학적 비선형해석을 수행하기 위하여, total lagrangian formulation에 근거한 증분 평형방정식을 적용하고, 강도행렬 산정시 회전각의 2차항을 포함시켜 기하학적 비선형 해석시 해의 수렴성을 향상시켰으며, 보강된 쉘 구조의 해석시 보강재를 쉘 요소로 모델링하고 주부재와 보강재의 연결점에서 일반적인 변환관계를 이용하였다. 등매개 쉘 유한요소의 단점인 locking 현상을 극복하기 위하여 가정 변형률장을 적용하여 감차적분 또는 선택적분시 나타날 수 있는 제로 에너지 모드를 제거하였다. 수치해석 예제를 통하여 가정 변형률장에 근거한 쉘유한요소에 대한 효율성 및 적용성을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.233-242
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• 2008

본 연구는 지진운동의 영향 하에서 강제 모멘트 골조로 이루어진 post-Northridge(덮개판) 연결부를 갖는 보의 탄성 및 비탄성 거동을 모델하기 위한 부등단면 보(IBS 보) 요소를 제시한다. 덮개판(IBS) 연결부를 갖는 부등단면 보의 탄성강성 매트릭스는 수치적분이 필요치 않은 수식으로 표현된다. 소성모델은 분포형이며 강체링크로 연결된 일련의 비선형 힌지로 구성 되어있고 경화법칙은 단조 및 임의 주기 하중에 대한 비탄성 거동과 국부좌굴의 효과를 고려할 수 있다. 또한 IBS 보 요소에 대한 항복면, 강성 변수, 그리고 경화(혹은 연화) 법칙 변수의 결정과정을 기술하였고 IBS 보 요소의 해석결과를 실험 및 FEM 해석결과와 비교하였다. IBS 보 요소의 해석결과는 실험 및 FEM 결과와 좋은 상관관계를 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.279-288
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• 2008

본 논문에서는 압축력을 받는 고장력 볼트 마찰이음부의 미끄러짐 거동을 3차원 유한요소 해석 및 실험을 통하여 규명하였다. 모재의 두께가 고장력 불트이음부에 끼치는 영향을 미끄러짐 하중, 볼트의 변형 및 파괴하중과의 관계와 함께 파악하였다. 초기 미끄러짐 하중 이후의 볼트의 강성을 고려한 이음부의 거동 모델을 제시하고 유한요소해석 및 실험을 통하여 비교, 분석하였다. 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS에서 지원되는 고체요소를 사용하여 해석모델을 작성하였고 모재 사이의 마찰 및 미끄러짐이 발생한 이후 볼트와 모재 사이의 마찰 등을 고려하였다. 기존의 문헌에 제시된 여러 가지 강재의 응력-변형도 관계를 적용하였으며 미끄러짐 변위와 볼트 주변의 축응력들을 비교하였다. 모재의 두께가 볼트의 직경보다 작은 경우에는 압축력에 의한 휨좌굴에 시험체에 발생하였고 모재의 두께가 볼트 직경보다 두꺼운 경우에는 볼트의 전단파괴가 이음부의 극한강도를 나타냄을 파악하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.421-435
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• 2008

본 논문에서는 잔류응력과 초기변형을 고려한 비선형 해석을 실시하여 송전철탑의 극한거동을 분석하였다. 송전철탑 전체 해석 모델링에 주주재, 수평재 및 1차 사재는 보(Beam)요소를 사용하였고, 기타 사재 및 보조재는 트러스(Truss)요소를 사용하였으며 구조해석프로그램 ABAQUS(2004)를 사용하였다. ABAQUS Imperfection 옵션 및 Initial condition 옵션을 사용한 초기변형 및 잔류응력 적용의 적절성을 평가하고자 판(Plate & Shell)요소 부재모델과 보요소 부재모델의 해석결과를 비교분석하였다. 보요소와 트러스 요소를 적용한 송전철탑 전체모델의 비선형 해석결과 ${P-{\triangle}}$효과로 인하여 철탑 하부 각재부 주요 부재에 좌굴파괴가 발생하였다. 본 연구에서는 구조물의 안전성에 영향을 미치는 비선형 해석인자 즉 잔류응력과 초기변형의 정도에 따른 안전성 저하값을 정량적으로 평가하여 제시하고 있다. 그러므로, 본 연구의 결과는 실제 송전철탑의 파괴극한거동에 가까운 설계법, 해석법 및 시공법 정립에 크게 기여할 것으로 판단된다.