Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1059-1068
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1990
The minimum weight design for the simply-supported eccentrically stiffened plates subjected to combined loads is studied according to the stiffening configuration. The optimal programming is accomplished by formulating the design requirements in terms of a mathematical programming problem, and by using the gradient projection algorithm. The Huber type equilibrium equation is used as the governing equation for the overall buckling. The overall buckling of stiffened plates and the local buckling of the unstiffened plate between stiffeners and the stiffeners themselves are used as behavior constraints. Results of design examples for the orthogonally stiffening case compared with those of the other study support that the present study is feasible. Design examples for the symmetrically oblique stiffening case are presented and the results indicate that a significant improvement in design efficiency may be achieved through symmetrically oblique stiffening compared to the orthogonal stiffening under the combined loading condition.
The first part of this study found the tendencies of the mechanical properties of two arctic structural steels (EH32 and FH32). In the second part, the crashworthiness of stiffened panels scaled down from the side frame structure of a Korean research icebreaker was determined. A procedure for designing the shapes and sizes of the stiffened panels, mass and shape of a drop striker, and a large temperature chamber, and then manufacturing these, is introduced in detail. From impact bending tests for the stiffened panels, the residual permanent deformations and deformation histories over time were captured using manual measurement and video image analyses. Numerical simulations of the impact bending tests were carried out for three different finite element models, which were mainly composed of shell elements, solid elements, and solid elements, with welding beads. It was proven from a comparison of the test results and numerical simulation results that the solid element model with the welding bead consideration approached the test results in terms of the residual deformations as long as the strain rate effect was taken into account.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.4
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pp.119-129
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1994
The aim of the present study is to derive an empirical formula relating the absorbed energy and the cutting length for longitudinally stiffened steel palates which are cut by a wedge, idealizing the ship bottom stiffened platings in groundings. This study is based on the test results and the investigations of some parameters affecting the cutting response, described in Part I. By dimensionless ana1ysis of the test results obtained in a quasi-static loading condition, the energy absorbed while a longitudinally stiffened plate is cut by a wedge is expressed as functions of the cutting length, the yield stress, the equivalent plate thickness and the wedge angle. Also, the dynamic effects are incorporated into the static formula such that the proposed formula can be applied to the impact loading situations. The validity of the proposed formula is checked by comparing with the results obtained by the other existing formulas or by the drop-hammer tests.
Kalgutkar, Akshay Prakash;Banerjee, Sauvik;Rajanna, T.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.427-446
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2022
Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (ds/bs) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.
Gil, Heung Bae;Jang, Gab Chul;Kang, Sang Gyu;Lee, Il Keun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.3A
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pp.227-234
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2009
Recently, a knee brace is usually installed in connection between cross-beam and main-girder of steel box-girder bridges. The knee brace is installed as a structural stiffener and mainly aims to relieve stress at joints and to prevent main-girder from lateral deformation. However, research on the knee brace is insufficient to obviously evaluate the necessity. The stiffened effect of knee brace is determined by using finite element analyses. Stress distribution, stress level of members and deflection of the cross-beam are evaluated by parametric FE analysis for the installation of knee brace and the depth ratio of cross-beam/steel box girder. It is seen from comparison of numerical analysis results that the knee brace installed in cross-beam of steel boxgirders bridges is not efficient as a structural stiffener with respect to stress relief and stiffened effect.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.4
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pp.373-381
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2017
A Collaborative Optimization (CO) methodology for ring-stiffened composite material pressure hull of underwater vehicle is proposed. Structural stability and material strength are both examined. Lamination parameters of laminated plates are introduced to improve the optimization efficiency. Approximation models are established based on the Ellipsoidal Basis Function (EBF) neural network to replace the finite element analysis in layout optimizers. On the basis of a two-level optimization, the simultaneous structure material collaborative optimization for the pressure vessel is implemented. The optimal configuration of metal liner and frames and composite material is obtained with the comprehensive consideration of structure and material performances. The weight of the composite pressure hull decreases by 30.3% after optimization and the validation is carried out. Collaborative optimization based on the lamination parameters can optimize the composite pressure hull effectively, as well as provide a solution for low efficiency and non-convergence of direct optimization with design variables.
Fujie, Wataru;Taguchi, Miki;Kang, Lan;Ge, Hanbin;Xu, Bin
Steel and Composite Structures
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v.36
no.4
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pp.463-480
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2020
Although detailed shell analysis is suitable to predict the ductile crack initiation life of steel members, such detailed method adds time expense and complexity. In order to simply predict the ductile crack initiation life of stiffened steel bridge piers, a total of 33 cases are simulated to carry out the parametric analyses. In the analysis, the effects of the width-to-thickness ratio, slenderness ratio, plate thickness and so on are considered. Both shell analyses and beam analyses about these 33 cases are conducted. The plastic strain and damage index obtained from shell and beam analyses are compared. The modified factor βs is determined based on the predicted results obtained from both shell and beam analyses in order to simulate the strain concentration at the base corner of the steel bridge piers. Finally, three experimental results are employed to verify the validity of the proposed method in this study.
In this paper, postbuckling behavior of laminated composite-stringer stiffened-curved panels loaded in local compression is analyzed using the finite element program developed. Postbuckling Analysis is performed in dividing the panel behavior into three basic parts. The eight node degenerated shell element is used in modelling both panel and stiffeners, and the updated Lagrangian description method based on the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor is used for the nonlinear finite element formulation. The progressive failure analysis is adopted in order to grasp the failure characteristics. The postbuckling experiment of the laminated composite-stiffened-curved panel had been done to verify the finite element analysis. The buckling load and the postbuckling ultimate load are compared in parametric study.
Ductile fracture prediction is critical for the reasonable damage extent assessment of ships and offshore structures subjected to accidental loads, such as ship collisions and groundings. A fracture model combining the Hosford-Coulomb ductile fracture model with the domain of solid-to-shell equivalence model (HC-SDDE), was used in fracture simulations based on shell elements for the punching fracture experiments of unstiffened and stiffened panels. The flow stress and ductile fracture characteristics of JIS G3131 SPHC steel were identified through tension tests for flat bar, notched tension bar, central hole tension bar, plane strain tension bar, and pure shear bar specimens. Punching fracture tests for unstiffened and stiffened panels are conducted to validate the presented HC-DSSE model. The calibrated fracture model is implemented in a user-defined material subroutine. The force-indentation curves and final damage extents obtained from the simulations are compared with experimental results. The HC-DSSE fracture model provides reasonable estimations in terms of force-indentation paths and residual damage extents.
Recently, a long span is often required for the spacious building. Therefore the increase of stiffness is necessary to prevent floor vibration and control deformation of the building under earthquake and wind loads. For this purpose, steel beams with stiffened ends by reinforced concrete are effective. To realize such an effective reinforcement method, the smoothening of bending and shear stress transmission at the boundaries between middle-part of the steel beam and both end-parts of the steel beam with stiffened ends by reinforced concrete is required. Therefore, the fixed plate was installed at the boundary with the view of transferring the stress smoothly. This paper evaluates the method of effective transmission of bending and shear stress through the numerical analysis that is based on advanced experimental tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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