Because discontinuity in the rock mass and contact of soil-structure interaction exhibits coupled thermal-hydromechanical (THM) behavior, it is necessary to develop an interface element based on the full governing equations. In this study, we derive force equilibrium, fluid continuity, and energy equilibrium equations for the interface element. Additionally, we present a stiffness matrix of the elastoplastic mechanical model for the interface element. The developed interface element uses six nodes for displacement and four nodes for water pressure and temperature in a two-dimensional analysis. The fully coupled THM analysis for fluid injection into a fault can model the complicated evolution of injection pressure due to decreasing effective stress in the fault and thermal contraction of the surrounding rock mass. However, the result of hydromechanical analysis ignoring thermal phenomena overestimates hydromechanical variables.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.447-455
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2006
A general purpose of 4-node co-rotational resultant shell element is developed for the solution of nonlinear problems of reinforced concrete, steel and fiber-reinforced composite structures. The formulation of the geometrical stiffness presented here is defined on the mid-surface by using the second order kinematic relations and is efficient for analyzing thick plates and shells by incorporating bending moment and transverse shear resultant forces. The present element is free of shear locking behavior by using the ANS (Assumed Natural Strain) method such that the element performs very well as thin shells. Inelastic behaviour of concrete material is based on the plasticity with strain hardening and elasto-plastic fracture model. The plasticity of steel is based on Von-Mises Yield and Ivanov Yield criteria with strain hardening. The transverse shear stiffness of laminate composite is defined by an equilibrium approach instead of using the shear correction factor. The proposed formulation is computationally efficient and versitile for most civil engineering application and the test results showed good agreement.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.6
s.40
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pp.55-66
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2004
Recently, many high-rise apartment buildings using the box system, composed of only reinforced concrete walls and slabs, have been constructed. In residential buildings such as apartments, vibrations occur from various sources and these vibrations transfer to neighboring residential units through walls and slabs. It is necessary to use a refined finite element model for an accurate vibration analysis of shear wall building structures. But it would take significant amount of computational time and memory if the entire building structure were subdivided into a finer mesh. Therefore, an efficient analytical method, which has only translational DOFs perpendicular to walls or slabs by the matrix condensation technique, is proposed in this study to obtain accurate results in significantly reduced computational time. If all of the DOFs except those perpendicular to walls or slabs in the shear wall structure eliminated using the matrix condensation technique at a time, the computational time for the matrix condensation would be significant. Thus, the modeling technique using super elements and substructuring technique is proposed to reduce the computational time for the matrix condensation. Dynamic analysis of 3-story and 5-story shear wall example structures were performed to verify the efficiency and accuracy of the proposed method. It was confirmed that the proposed method can provide the results with outstanding accuracy requiring significantly reduced computational time and memory.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.839-846
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1994
This paper presents a simultaneous solution algorithm for one-dimensional unsteady flow routing through a dendritic channel system. This simulations solution algorithm is based on the double-sweep method and utilizes separate recursion equations for continuity, momentum and energy equations for each of the individual components of a dendritic channel system. Through separate recursion equations for each of the components. the new algorithm converts a dendritic channel network problem into a single-channel problem. The new algorithm is utilized in conjunction with a linearized unsteady flow model using full dynamic flow equations. The required computer storage for the coefficient matrix of the whole system is reduced significantly from the $2N{\times}2N$ matrix to a $2N{\times}4$ matrix, where N is the number of cross sections used in the computation of flow variables in a dendritic channel system. The algorithm presented in this paper provides an efficient and accurate modeling of unsteady flow events through a dendritic channel system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.283-293
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2006
Recently, various types of structural systems for skyscrapers are studied as the height and size of the building structures rapidly increase due to social and economical needs. The mega frame system among them, which is the structural system developed recently, is known as a suitable structural system for skyscrapers because this structural system has sufficient stiffness against the lateral forces by combination of mega members which consist of many columns and girders. Since the mega frame structure has significant numbers of elements and nodes, it takes tremendous times and computer memories to analyze and design the structures. Therefore, the exclusive structural analysis program for mega frame system is developed to reduce the efforts and time required for the analysis and design of mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of mega frame structures and an efficient analytical model, which uses a few DOFs selected by the user using the matrix condensation method, are developed in this study. Static and dynamic analyses are conducted using an example structure. The effectiveness and accuracy of the developed program we verified by the comparison between the results of the proposed method and the conventional method.
Complex and large lattice type structures are frequently used in design of bridge, tower, crane and aerospace structures. In general, in order to analyze these structures we have used the finite element method(FEM). This method is the most widely used and powerful tool for structural analysis. However, it is necessary to use a large amount of computer memory and computation time because the FEM resuires many degrees of freedom for solving dynamic problems exactly for these complex and large structures. For overcoming this problem, the authors developed the transfer stiffness coefficient method(TSCM). This method is based on the concept of the transfer of the nodal dynamic stiffness coefficient which is related to force and displacement vector at each node. In this paper, the authors formulate vibration analysis algorithm for a complex and large lattice type structure using the transfer of the nodal dynamic stiffness coefficient. And we confirmed the validity of TSCM through numerical computational and experimental results for a lattice type structure.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.11
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pp.7-14
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2005
A subdomain-interface finite element method is suggested to solve a class of fully- coupled thermomechanical problems with contact boundaries. The penalty method is used for connecting subdomains that satisfy interface compatibility conditions. As a result, effective stiffness matrices are always positive definite, and computational efficiency can be improved to a considerable degree. Moreover, any complex-shaped domain can be divided into independently modeled subdomains without considering the conformity of meshes on interfaces. Using a computer code based on the present method, these advantageous features are shown through a set of numerical studies.
The purpose of this study is to develop a technique for the shape analysis of plane truss structures under prescribed displacement modes. The shape analysis is performed based on the existence theorem of the solution and the Moore-Penrose generalized inverse matrix. In this paper, the homologous deformation of structures was proposed as prescribed displacement modes, the shape of the structure is determined from these various modes and applied loads. In general, the shape analysis is a kind of inverse problem different from stress analysis, and the governing equation becomes nonlinear. In this regard, Newton-Raphson method was used to solve the nonlinear equation. Three different shape models are investigated as numerical examples to show the accuracy and the effectiveness of the proposed method.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.2
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pp.174-185
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1994
This paper presents a modal solution of linear three-dimensional hydrodynamic equations using similarity transform technique. The solution over the vertical space domain is obtained using the Galerkin method with linear shape funtions (Galerkin-FEM model). Application of similarity transform to resulting tri-diagonal matrix equations gives rise 掠 a set of uncoupled partial differential equations of which the unknowns are coefficients of mode shape vectors. The proposed method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.21-30
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2004
This study deals with free vibrations of laminated composite structures with a channel section using finite element method. In this paper, the mixed finite element method using Lagrangian and Hermite interpolation functions is adopted and a high-order plate theory is used to analyze laminated composite non-prismatic folded plates with a channel section more accurately for free vibration. The theory accounts for parabolic distribution of the transverse shear stress and requires no shear correction factors supposed in the first-order plate theory. An 32×32 matrix is assembled to transform the system element matrices from the local to global coordinates using a coordinate transformation matrix, in which an eighth drilling degree of freedom (DOF) per node is appended to the existing 7-DOF system. The results in this study are compared with those of available literatures for the conventional and first-order plate theory. Sample studies are carried out for various layup configurations and length-thickness ratio, and geometric shapes of plates. The significance of the high-order plate theory in analyzing complex composite structures with a channel section is enunciated in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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