A special finite difference method for nonlinear dynamic response analysis of semi-infinite foundation soil using mapping which transforms semi-infinite domain into finite domain is presented here. For the region of engineering interest, mapping is isometric, and fur far field, shrink mapping which transforms infinite interval into finite interval is adopted. At first, the responses of semi-infinite foundation soil with linear constituting model are computed, and compared with theoretical results and those of existing method. Good agreements are obtained among the results of the proposed method, Lamb's theory and FEM with extensive mesh model. Then the responses of infinite foundation soil are computed by the present method, using small and large mesh model. The results of small and large mesh models agree well with each other, demonstrating the effectiveness of the proposed method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.253-265
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1993
This paper presents a numerical method for implementing a nonlinear constitutive material model developed by Lade, into a finite element computer program. The techniques used are based on the displacement method for the solution of axial symmetric and plane strain nonlinear boundary value problems. Laboratory behaviour of Baekma river sand(#40-60) is used to illustrate the determination of the parameters and verification of the model. Computer procedure is developed to determine the material parameters for the nonlinear model from the raw laboratory test data. The model is verified by comparing its predictions with observed data used for the determination of the parameters and then with observed data not used for the determination. Three categories of tests are carried out in the back-prediction exercise; (1) A hydrostatic test including loading and unloading response, (2) Conventional triaxial drained compression tests at three different confining pressure and (3) A model strip footing test not including in the evaluation of material parameters. Pertinent observations are discussed based on the comparison of predicted response and experimental data.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.1053-1058
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2010
Infinite element approach has been widely used to analysis soil-structure interaction, in which the soil domain is treated as infinite domain. However, most of the developed infinite element has been formulated in the frequency domain rather than the time domain to include the frequency contents of the earthquake or vibration wave. Due to that, those approaches have a critical limitation which is restricted to the linear elastic analysis. To main objective of this research is to develop the infinite element in the time domain to cooperate the inelastic soil and structure behavior. Developed infinite element is verified with the results of finite element analysis modeled in large domain. The nonlinear analysis also conducted to demonstrate the application of developed infinite element. Hence, based on above-mentioned statements, it can be concluded that the propose approach would assist for structure-seismic design.
Seismic response of single degree of freedom system supported by shallow foundation was analyzed by using nonlinear explicit finite difference element code. Numerical analysis results were verified with dynamic centrifuge test results of the same soil profile and structural dimensions with the numerical analysis model at a centrifugal acceleration of 20 g. Differences between the analysis and the test results induced by the boundary conditions of control points can be reduced by adding additional local damping to the natural born cyclic hysteretic damping of the soil strata. The analysis results show good agreement with the test results in terms of both time histories and response spectra. Thus, it can be concluded that the nonlinear explicit finite difference element code will be a useful technique for estimating seismic residual displacement, earthpressure etc. which are difficult to measure during laboratory tests and real earthquake.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.7
no.3
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pp.414-419
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2006
In this paper, the numerical results using the Mohr-Coulomb and the Duncan-Chang models, on the stresses and strains of a tunnel under a deep open-cut site and the surrounding ground, were compared with each other. The Mohr-Coulomb model produced larger values than the Duncan-Chang model in stress and displacement of tunnel and ground.
One-dimensional equivalent linear site response analysis is widely used in practice due to its simplicity, requiring only few input parameters, and low computational cost. The main limitation of the procedure is that it is essentially a linear method, in which the time dependent change in the soil properties cannot be modeled and constant values of shear modulus and damping is used throughout the duration of the analysis. Various forms of modified equivalent linear analyses have been developed to enhance the accuracy of the equivalent linear method by incorporating the dependence of the shear strain with the loading frequency. The methods are identical in that it uses the shear strain Fourier spectrum as the backbone of the analysis, but differ in the method in which the strain Fourier spectrum is smoothed. This study used two domestically measured soil profiles to perform a series of nonlinear, equivalent linear, and modified equivalent linear site response analyses to verify the accuracy of two modified procedures. The results of the analyses indicate that the modified equivalent linear analysis can highly overestimate the amplification of the high frequency components of the ground motion. The degree of overestimation is dependent on the characteristics of the input ground motion. Use of a motion rich in high frequency contents can result in unrealistic response.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.2
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pp.133-141
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2024
Considering fluid-structure-soil interactions, a finite-element model for a liquid-storage tank is presented and the nonlinear earthquake response analysis is formulated. The tank structure is modeled considering shell elements with geometric and material nonlinearities. The fluid is represented by acoustic elements and combined with the structure using interface elements. To consider the soil-structure interactions, the near- and far-field regions of soil are modeled with solid elements and perfectly matched discrete layers, respectively. This approach is applied to the seismic fragility analysis of a 200,000 kL liquid-storage tank. The fragility curve is observed to be influenced by the amplification and filtering of rock outcrop motions at the site when the soil-structure interactions are considered.
A governing equation of uncoupled three dimensional finite strain theory of consolidation is presented. This equation is suitable for relatively thick layers, possessing large strain, non-linear material property, and variable permeability. A special numerical solution procedure has to be adopted for the finite difference scheme because the solution is not stable in using Forward-Time Centered-Space (FTCS) method and the governing equation is highly non-linear. The solution is capable of predicting settlement with respect to time. The results predicted by the developed method of analysis have been compared with those of experimental tests on different types of highly compressible soils with vertical wick drain. The uncoupled three dimensional finite strain theory of consolidation appears to predict settlement behavior well. A detailed comparison shows good agreement in terms of total settlement, and reasonable agreement with respect to time.
One-dimensional site response analysis is widely used to simulate the seismic site effects. The equivalent linear analysis, which is the most widely used type of site response analysis, is essentially a linear method. The method applies constant shear modulus and damping throughout the frequency range of the input motion, ignoring the dependence of the soil response on the loading frequency. A new type of equivalent linear analysis method that can simulate the frequency dependence of the soil behavior via frequency-strain curve was developed. Various forms of frequency-strain curves were proposed, and all curves were asserted to increase the accuracy of the solution. However, its validity has not been extensively proven and the effect of the shape of the frequency-strain curve is not known. This paper used two previously proposed frequency-strain curves and three additional curves developed in this study to evaluate the accuracy of the frequency-dependent equivalent linear method and the influence of the shape of the frequency-strain curves. In the evaluation, six recordings from three case histories were used. The results of the case study indicated that the shape of the frequency-strain curve has a dominant influence on the calculated response, and that the frequency dependent analysis can enhance the accuracy of the solution. However, a curve that results in the best match for all case histories did not exist and the optimum curve varied for each case. Since the optimum frequency-strain curve can not be defined, it is recommended that a suite of curves be used in the analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.103-112
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1990
This study examines the characteristics of soil behavior which includes many uncertainties in seismic design, evaluates the dynamic soil properties and studies the soil-structure interaction to generalize the applicability and economy of the available sites. An example analysis is performed for soil-structure system response assuming a containment structure built on site which includes soil layers using both elastic halfspace analysis and FEM analysis against the seismic loads from the actual design. This exercise is performed as a part of the safety analysis and economic assessment of the nuclear power plant built on soils. It includes the preparation of computer program capable of incorporating large nonlinearity in the analysis, resonable evaluation procedures to determine input soil data. Nonlinear FEM analysis of Seed and Idriss model is found suitable for the accurate analysis of dynamic response of soils. Linear FEM analysis using dynamic soil properties at strain level obtained by one-dimensional seismic response, and elastic half-space analysis using dynamic soil properties at strain level under static loads are recommended to evaluate the dynamic soil properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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