In finite element method (FEM) simulations, constitutive models are widely used and developed to represent a wide range of true stress-strain curves using a small number of modeling parameters. Nevertheless, many studies has been conducted to find a suitable constitutive model and optimal modeling parameters to represent experimentally obtained true stress-strain curves. Therefore, in this study, a new constitutive modeling approach using the combined Swift and Voce model is suggested, and confirmed through comparisons of the experimental results with the FEM simulation results.
Modeling and analyzing the dynamic behavior of fluid-soil-structure interaction problems are crucial in structural engineering. The solution to such coupled engineering systems is often not achievable through analytical modeling alone, and a numerical solution is necessary. Generally, the Finite Element Method (FEM) is commonly used to address such problems. However, when dealing with coupled problems with complex geometry, the finite element method may not precisely represent the geometry, leading to errors that impact solution quality. Recently, Isogeometric Analysis (IGA) has emerged as a preferred method for modeling and analyzing complex systems. In this study, IGA based on Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) is employed to analyze the seismic behavior of concrete gravity dams, considering fluid-structure-foundation interaction. The performance of IGA is then compared with the classical finite element solution. The computational efficiency of IGA is demonstrated through case studies involving simulations of the reservoir-foundation-dam system under seismic loading.
Despite its flexibility to complex geometry, three-dimensional (3D) electromagnetic(EM) modeling schemes using finite element method (FEM) have been faced to practical limitation due to the resulting large system of equations to be solved. An efficient 3D FEM modeling scheme has been developed, which can adopt either direct or iterative solver depending on the problems. The direct solver PARDISO can reduce the computing time remarkably by incorporating parallel computing on multi-core processor systems, which is appropriate for single frequency multi-source configurations. When limited memory, the iterative solver BiCGSTAB(1) can provide fast and stable convergence. Efficient 3D simulations can be performed by choosing an optimum solver depending on the computing environment and the problems to be solved. This modeling includes various types of controlled-sources and can be exploited as an efficient engine for 3D inversion.
The Finite Element Analysis (FEA) is evidently a powerful tool for the analysis of structural concrete having nonlinearity and brittle failure properties. However, the result of FEA of structural concrete is sensitive to two modeling factors: the shear transfer coefficient (STC) for an open concrete crack and force convergence tolerance value (CONVTOL). Very limited work has been done to find the optimal FE Modeling (FEM) methodologies for structural concrete members strengthened with externally bonded FRP sheets. A total of 22 experimental deep beams with or without FRP flexure or/and shear strengthening systems are analyzed by nonlinear FEA using ANAYS program. For each experimental beams, an FE model with a total of 16 cases of modeling factor combinations are developed and analyzed to find the optimal FEM methodology. Two elements the SHELL63 and SOLID46 representing the material properties of FRP laminate are investigated and compared. The results of this research suggest that the optimal combination of modeling factor is STC of 0.25 and CONVTOL of 0.2. A SOLID 46 element representing the FRP strengthening system leads to better results than a SHELL 63 element does.
Hyodo, Junichi;Shiozaki, Yoshio;Tamari, Yukio;Ozutsumi, Osamu;Ichii, Koji
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.3
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pp.287-294
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2019
The finite element method (FEM) is widely used to evaluate the seismic performance of pile-supported buildings. However, there are problems associated with modeling the pile end resistance using the FEM, such as the dependence on the mesh size. This paper proposes a new method of modeling around the pile tip to avoid the mesh size effect in two-dimensional (2D) analyses. Specifically, we consider the area of influence around the pile tip as an artificial constraint on the behavior of the soil. We explain the problems with existing methods of modeling the pile tip. We then conduct a three-dimensional (3D) analysis of a pile in various soil conditions to evaluate the area of influence of the soil around the pile tip. The analysis results show that the normalized area of influence extends approximately 2.5 times the diameter of the pile below the pile tip. Finally, we propose a new method for modeling pile foundations with artificial constraints on the nodal points within the area of influence. The proposed model is expected to be useful in the practical seismic design of pile-supported buildings via a 2D analysis.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.3
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pp.216-222
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2014
Chloride attack to reinforced concrete structures located in seaside can cause a serious problem of durability and maintenance during the service life. Corrosion of reinforced steel bars in concrete decreases the bond strength and finally causes the detachment of concrete cover. Polymer cement mortar is usually adopted to repair the deteriorated RC structures because of its strong bonding property. The recovered load-carrying capacity after the repair was simulated by non-linear FEM analysis. The properties of concrete, repairing materials, bonding materials and reinforced bar were used as input data. Four types of redispersible polymer powders were used as components of polymer cement mortar. Pull-off tests were carried out to examine the bond properties such as rigidity and strength. Effects of a corrosion inhibitor and the loss of reinforced bars due to the corrosion were also considered in this study. FEM modeling and analysis were conducted to propose the universal model. Physical bonding in the relationship between repair materials and steel reinforced bar is more dominant than chemical bonding.
The iterative decomposition coupling formulation of the precise integration finite element method (FEM) and the time domain boundary element method (TD-BEM) is presented for elstodynamic problems. In the formulation, the FEM node and the BEM node are not required to be coincident on the common interface between FEM and BEM sub-domains, therefore, the FEM and BEM are independently discretized. The force and displacement converting matrices are used to transfer data between FEM and BEM nodes on the common interface between the FEM and BEM sub-domains, to renew the nodal variables in the process of the iterations for the un-coincident FEM node and BEM node. The iterative coupling formulation for elastodynamics in current paper is of high modeling accuracy, due to the semi-analytical solution incorporated in the precise integration finite element method. The decomposition coupling formulation for elastodynamics is verified by examples of a cantilever bar under a Heaviside-type force and a harmonic load.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.353-358
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1998
In general, we have used the finite element method(FEM) to find natural frequencies of plates. In this method, however, it is necessary to use a large amount of computer memory and computation time because the FEM requires many degrees of freedom for finding natural frequencies of plates correctly. Therefore it was very difficult to analyze the free vibration of plates correctly on personal computer. For overcoming this disadvantage of the FEM, the authors have developed the finite element-transfer stiffness coefficient method(FE-TSCM) which is based on the concept of modeling techniques in the FEM and the transfer of the stiffness coefficient in the transfer stiffness coefficient method. In this paper, we formulate free vibration analysis algorithm of rectangular plates using the FE-TSCM. Some numerical examples of rectangular plates are proposed, and their results and computation times obtained by the FE-TSCM are compared with those by the FEM and the finite element-transfer matrix method in order to demonstrate the accuracy and efficiency of the FE-TSCM.
Kim, Byoung Wan;Hong, Sa Young;Sung, Hong Gun;Hong, Seok Won
Ocean Systems Engineering
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v.5
no.3
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pp.221-243
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2015
This paper compares simplified and finite element method (FEM) models for tower and blade in dynamic coupled analysis of floating wind turbine. A SPAR type wind turbine with catenary mooring lines is considered in numerical analysis. Floating body equation is derived using boundary element method (BEM) and convolution. Equations for mooring line, tower and blade are formulated with theories of catenary, elastic beam and aerodynamic rotating beam, respectively and FEM is applied in the formulation. By combining the equations, coupled solutions are calculated. Tower or blade may be assumed rigid or lumped body for simplicity in modeling. By comparing floating body motions, mooring line tensions and tower stresses with the simple model and original FEM model, the effect of including or neglecting elastic, rotating and aerodynamic behavior of tower and blade is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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