Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.45-56
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1990
This study deals with the nonlinear strength analysis of laminated composite cylindrical shells to find the optimum structure of pressure vessel. By applying the F.E.M. using the 8-node degenerated Isoparametric shell element and Total Lagrangian formulation and being adopted Newton-Raphson method with incremental load as a solution scheme. the optimum structure is found from the viewpoint of minimum displacement. As a results of linear analysis on the 9 cases of laminated structure, $[50^{\circ}/-50^{\circ}]$ composition of the shell laminate give the minimum deflection. In case of the nonlinear analysis by applying Quadratic Failure Criteria on laminated combination $[{\theta}^{\circ}/-{\theta}^{\circ}]$, shell laminate structure of ${\theta}=50^{\circ}$ under external uniform pressure was founded as a optimum structure and ${\theta}=50^{\circ}$ for the case of external and axial loading combined.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.789-798
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2008
The stiffness method provides a framework to calculate the structural deformations directly from solving the equilibrium state. However, to use the displacement shape functions leads to approximate estimation of stiffness matrix and resisting forces, and accordingly results in a low accuracy. The conventional flexibility method uses the relation between sectional forces and nodal forces in which the equilibrium is always satisfied over all sections along the element. However, the determination of the element resisting forces is not so straightforward. In this study, a new fiber finite element mixed method has been developed for nonlinear anaysis of steel-concrete composite structures in the context of a standard finite element analysis program. The proposed method applies the Newton method based on the load control and uses the incremental secant stiffness method which is computationally efficient and stable. Also, the method is employed to analyze the steel-concrete composite structures, and the analysis results are compared with those obtained by ABAQUS. The comparison shows that the proposed method consistently well predicts the nonlinear behavior of the composite structures, and gives good efficiency.
Kim, Seung Eock;Kim, Yo Suk;Choi, Se Hyu;Kim, Sung Mo;Choi, Joon Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.11
no.4
s.41
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pp.417-424
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1999
In this paper a nonlinear analysis of three-dimensional steel frames is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities. The material nonlinearity includes gradual yielding associated with flexural behaviors. The geometric nonlinearity includes the second-order effects associated with $P-{\delta}\;and\;P-{\Delta}$ effects. The material nonlinearity at the node is considered using the concept of P-M hinge consisting of many fibers. The geometric nonlinearity is considered by the use of stability function. The nonlinearity caused by shear and torsional interaction effects is neglected. The modified incremental displacement method is used as the solution technique. The load-displacements predicted by the proposed analysis compare well with those given by other approaches.
The paper is concerned with the elasto-plastic and geometrically nonlinear analysis of shell structures using an improved degenerated shell element. In the formulation of the element stiffness, the combined use of three different techniques was made. They are; 1) an enhanced interpolation of transverse shear strains in the natural coordinate system to overcome the shear locking problem ; 2) the reduced integration technique in in-plane strains to avoid the membrane locking behavior ; and 3) selective addition of the nonconforming displacement modes to improve the element performances. This element is free of serious shear/membrane locking problems and undesirable compatible/commutable spurious kinematic deformation modes. In the formulation for plastic deformation, the concept of a layered element model is used and the material is assumed von Mises yield criterion. An incremental total Lagrangian formulation is presented which allows the calculation of arbitrarily large displacements and rotations. The resulting non-linear equilibrium equations are solved by the Netwon-Raphson method combined with load or displacement increment. The versatility and accuracy of this improved degenerated shell element are demonstrated by solving several numerical examples.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory) concept such as the effect of compression softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. In this category, tangential or secant material stiffnesses for cracked concrete were also defined and discussed in view of the iterative solution schemes for nonlinear equations. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Nonlinear Analysis of structrual Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed baed on the CFT constitutive relationships and the incremetal solution strategy described enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range. crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verfication purpose of NASCOM, the prediction of Cervenka's panel test results including the load resistance and the deformation history was made. A limited number of predictions indicate a good correlation in a general sense.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.3
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pp.21-30
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1986
A method for elasto-plastic analysis of grillages is proposed in this investigation. An effort to construct the stiffness matrix of the member with bending and torsional springs attached at both ends is made in this work to make each member of grillage behave elasto-plastically. A related computer program EPAG for elasto-plastic analysis of grillages is also developed. The characters of this program in comparison with existing methods are as fellows; grillage with arbitrary geometry can be analysed, collapse load is applied in one step instead of incremental procedure, unloading can be considered, and analysis results such as applied loads, member end forces and joint displacements are also obtained when individual plastic hinge is formed. For verification of performanse of the EPAG, illustrating examples are solved and compared with the results of specified literlatures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.41-49
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1993
This paper presents a geometrically non-linear and elastoplastic F.E. formulation using a total Lagrangian approach for the two dimensional isoparametric curved beam elements. The beam element is derived by using plane stress elements. The basic element geometry is constructed using the coordinates of the nodes on the element center line and the nodal point normals. The element displacement field is described using two translations of the node on the center line and a rotation about the axes normal to the plane containing the center line of the element. The layered approach is used for the elastoplastic analysis of the plane framed structure with the arbitrary cross section. The iterative load or displacement incremental method for non-linear finite element analysis of the frame structure is used. Numerical examples are presented to demonstrate the behavior and the accuracy of the proposed beam element for geometric and elastoplastic non-linear applications. Comparisons made with present theory and other published data show that tilt' beam element products accurate results with good convergence characteristics.
Kim, Sung Bo;Han, Jae Young;Park, Soon Cheol;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.3
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pp.299-311
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2003
This paper presents a finite element procedure to estimate the ultimate strength of space frames considering spread of plasticity. The improved displacement field is introduced based on the inclusion of second-order terms of finite rotations. All the non-linear terms due to bending moment, torsional moment, and axial force are precisely considered. The concept of plastic hinges is introduced and the incremental load/displacement method is applied for elasto-plastic analyses. The initial yield surface is defined based on the residual stress, and the full plastification surface is considered under the combined action of axial forces, bending and torsional moments. The elasto-plastic stiffness matrices are derived using the flow rule and the normality condition of the limit function. Finite element solutions for the ultimate strength of space frames are compared with available solutions and experimental results.
Traditionally used analytical approach to predict the fatigue failure of reinforced concrete (RC) structure is generally conservative and has certain limitations. The nonlinear finite element method (FEM) offers less expensive solution for fatigue analysis with sufficient accuracy. However, the conventional implicit dynamic analysis is very expensive for high level computation. Whereas, an explicit dynamic analysis approach offers a computationally operative modelling to predict true responses of a structural element under periodic loading and might be perfectly matched to accomplish long life fatigue computations. Hence, this study simulates the fatigue behaviour of RC beams with finite element (FE) assemblage presenting a simplified explicit dynamic numerical solution to show computer aided fatigue behaviour of RC beam. A commercial FEM package, ABAQUS has been chosen for this complex modelling. The concrete has been modelled as a 8-node solid element providing competent compression hardening and tension stiffening. The steel reinforcements are simulated as two-node truss elements comprising elasto-plastic stress-strain behaviour. All the possible nonlinearities are duly incorporated. Time domain analysis has been adopted through an automatic Newmark-β time incremental technique. The program consists of twelve RC beams to visualize the real behaviour during fatigue process and to obtain the reliability of the study. Both the numerical and experimental results indicate a redistribution of stresses along the time and damage accumulation of beam which severely affect the serviceability and ultimate capacity of RC beam. The output of the FEM analysis demonstrates good match with the experimental consequences which affirm the efficacy of the computer aided model. The controlled fatigue damage evolution at service fatigue load limits makes the FE model an efficient tool in predicting high cycle fatigue behaviour of RC structures.
Shin, Dong Ku;Kim, Chun Yong;Rho, Joon Sik;Park, Young Suk
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.2
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pp.139-146
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2007
The objective of the present study is to provide statistical resistance statistics for steel-concrete composite plate girder sections under positive and negative moments. Statistical properties on yield strength, tensile strength, elongation, and fracture toughness of domestic structural steel products, gathered from an analysis of over 16,000 samples, were evaluated. Using the steel samples for the plate girder, the bias factor and the coefficient of variation of the ultimate flexural resistance for representative composite plate girder sections under positive and negative flexures were presented. In calculating the ultimate flexural resistance of the composite section, the moment curvature relationships were developed using the incremental load approach considering material nonlinearity for the steel girder. The predicted statistics can be used in the future for the efficient calibration of LRFD code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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