This paper presents a finite element model which can simulate the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled square steel tube columns using the ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of material in the columns. The nonlinear analysis of failure modes, deformation characteristics, stress nephogram, and load-strain curves of columns under axial loads was performed in detail. Meanwhile, the influences of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, profile steel ratio, width thickness ratio of square steel tube, RAC strength and slenderness ratio on the axial compression behavior of columns were also analyzed carefully. It shows that the results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results, which verifies the validity of the analytical model. The axial bearing capacity of columns decreased with the increase of RCA replacement percentage. While the increase of wall thickness of square steel tube, profile steel ratio and RAC strength were all beneficial to improve the bearing capacity of columns. Additionally, the parameter analysis of finite element analysis on the columns was also carried out by using the above numerical model. In general, the SRRC filled square steel tube columns have high bearing capacity and good deformation ability. On the basis of the above analysis, a modified formula based on the American ANSI/AISC 360-10 was proposed to calculate the nominal axial bearing capacity of the columns under axial loads. The research conclusions can provide some references for the engineering application of this kind of columns.
In order to accelerate the rate of consolidation settlement and gain a required shear strength for a given soft clay deposit, vertical drain method combined with a preloading technique has been widely applied. In this paper, a theory of axisymmetric nonlinear consolidation fer drainage-installed deposit, which considers secondary compression (or creep) during primary consolidation, as well as the variations of compressibility and permeability during the consolidation process, has been developed. A computer program named AXICON based on Hypothesis B fur the analysis of axisymmetric nonlinear consolidation was developed by adopting finite difference method. The results of AS(ICON were compared with Hansbo's solution based on Hypothesis A, as well as in-situ settlements and pore pressures measured in test embankment of Ska-Edeby. The results indicated that Hypothesis A usually underestimated the in-situ settlement and Hypothesis B was considered to be logically correct. It was also shown that one may able to appropriately predict the real in-situ behaviors using the proposed program.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.457-463
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2008
The longitudinal stiffener performs its role to increase the local buckling strength by making simple support upon compression flange. In the recent researches, it is investigated that compression flange with point supports on certain arrangement reveals the same strength with longitudinal stiffeners. From this results, it is predictable that shear stud could perform the role of longitudinal stiffener if shear stud embedded in concrete satisfies the requirement to point-support under yield stress of the compression flange. In this study, the researches were performed to investigate the optimally required arrangement space of longitudinal point-support for which the shear stud replacing the longitudinal stiffeners and simultaneously determine the required numbers and space of shear stud for completely composite behavior between compression bottom flange and bottom concrete on the double composite girder system.
In this paper, a numerical method is utilized to study the effect of a new vibration absorber on vibration response of the stiffened functionally graded (SFG) cylindrical shell under a couple of axial and transverse compressions. The material composition of the stiffeners and shell is continuously changed through the thickness. The vibration absorber consists of a mass-spring-damper system which is connected to the ground utilizing a linear local damper. To simplify, the spring element of the vibration absorber is called global potential. The von Kármán strain-displacement kinematic nonlinearity is employed in the constitutive laws of the shell and stiffeners. To consider the stiffeners in the model, the smeared stiffener technique is used. After obtaining the governing equations, the Galerkin method is applied to discretize the nonlinear dynamic equation of system. In order to find the nonlinear vibration responses, the fourth order Runge-Kutta method is utilized. The influence of the stiffeners, the dynamic absorber parameters on the vibration behavior of the SFG cylindrical shell is investigated. Also, the influences of material parameters of the system on the vibration response are examined.
A rational three-dimensional nonlinear finite element model is described and implemented for evaluating the behavior of high strength concrete slabs under transverse load. The concrete was idealized by using twenty-nodded isoparametric brick elements with embedded reinforcements. The concrete material modeling allows for normal (NSC) and high strength concrete (HSC), which was calibrated based on experimental data. The behavior of concrete in compression is simulated by an elastoplastic work-hardening model, and in tension a suitable post-cracking model based on tension stiffening and shear retention models are employed. The nonlinear equations have been solved using the incremental iterative technique based on the modified Newton-Raphson method. The FE formulation and material modeling is implemented into a finite element code in order to carry out the numerical study and to predict the behavior up to ultimate conditions of various slabs under transverse loads. The validity of the theoretical formulations and the program used was verified through comparison with available experimental data, and the agreement has proven to be very good. A parametric study has been also carried out to investigate the influence of different material and geometric properties on the behavior of HSC slabs. Influencing factors, such as concrete strength, steel ratio, aspect ratio, and support conditions on the load-deflection characteristics, concrete and steel stresses and strains were investigated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.6
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pp.3435-3441
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2014
A dynamic modeling and prediction of polyurethane foam material, which is used as the seat in vehicles is very important for improving the ride quality of vehicle occupants. In this study, parameters to define the nonlinear stiffness and time-variant characteristics of the viscoelasticity of polyurethane foam were obtained using a static compression test. Polynomial functions and convolution integral were used to model the nonlinear and viscoelastic characteristics of polyurethane foam mathematically. The dynamic behaviors excited by the seat floor displacement were analyzed using a numerical integration method for the nonlinear vibration model. As a result, the viscoelastic characteristics of polyurethane foam was found to be an important parameter for improving the ride quality.
In this paper, a dynamic analysis of the reciprocating compression mechanism of a small refrigeration compressor is performed. In the problem formulation of the mechanism dynamics, the viscous frictional force between the piston and the cylinder wall is considered in order to determine the coupled dynamic behaviors of the piston and the crankshaft. Simultaneous solutions are obtained for the equations of motion of the reciprocating mechanism and the time-dependent Reynolds equations for the lubricating film between the piston and the cylinder wall and for the oil films on the journal bearings. The hydrodynamic forces of the journal bearings are calculated by using a finite bearing model along with the Gumbel boundary condition. A Newton-Raphson procedure is employed in solving the nonlinear equations for the piston and crankshaft. The developed computer program can be used to calculate the complete trajectories of the piston and the crankshaft as functions of the crank angle under compressor-running conditions. The results explored the effects of the radial clearance of the piston, oil viscosity, and mass and mass moment of inertia of the piston and connecting rod on the stability of the compression mechanism.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.11
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pp.2342-2354
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2002
The present study has numerically predicted both the flow -induced and thermally-induced residual stresses and birefringence in injection o. injection/compression molded center -gated disks. Analysis system for entire molding process was developed based on an ap propriate physical modeling including a nonlinear viscoelastic fluid model, stress-optical law, a linear viscoelastic solid model, free volume theory for density relaxation phenomena and a photoviscoelasticity and so on. Part I presents physical modeling a nd typical numerical analysis results of residual stresses and birefringence in the injection molded center-gated disk. Thermal residual stress was found to be extensional near the center, compressive near the surface and tend to become toward tensional at the surface. A double-hump profile was obtained across the thickness in birefringence distribution: nonzero birefringence is found to be thermally induced, the outer peak is due to the shear flow and subsequent stress relaxation during the filling stage a nd the inner peak is due to the additional shear flow and stress relaxation during the packing stage. Predicted birefringence including both the flow -induced and thermally-induced one becomes quite similar to the experimental one.
Effects of tensile and compression residual stresses in the welded SS41 and A17075-76 on fatigue crack propagation behavior are investigated when a crack propagates from residual stresses region. We propose the fatigue crack growth equation on tensile and compression residual stresses in welded metal. The results obtained in this experimental study are summarized as follows . 1 ) A fatigue crack growth equation which applied fatigue fracture behavior of the welded metal is proposed. (equation omitted) where, $\alpha$, $\beta$, ${\gamma}$ and $\delta$ are constants, and R$_{eff}$ is effective stress ratio [R$_{eff}$=(Kmin+Kres)/(Kmax+Kres)], Kcf is critical fatigue stress intensity factor. The constants are obtained from nonlinear least square method. The relation between crack length and number of cycles obtained by integrating the fatigue crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. 2) The experimental results confirmed that the cause of crack extension and retardation by residual stresses has relation to the phenomenon of crack closure. 3) The relaxing trend of residual stresses by the crack propagation was greater In case of compressive residual stress than that of tensile residual stress in the welded metal.tal.
Kim, Do Kyun;Poh, Bee Yee;Lee, Jia Rong;Paik, Jeom Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.2
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pp.247-259
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2018
In this study (Part I), an advanced empirical formulation was proposed to predict the ultimate strength of initially deflected steel plate subjected to longitudinal compression. An advanced empirical formulation was proposed by adopting Initial Deflection Index (IDI) concept for plate element which is a function of plate slenderness ratio (${\beta}$) and coefficient of initial deflection. In case of initial deflection, buckling mode shape, which is mostly assumed type in the ships and offshore industry, was adopted. For the numerical simulation by ANSYS nonlinear finite element method (NLFEM), with a total of seven hundred 700 plate scenarios, including the combination of one hundred (100) cases of plate slenderness ratios with seven (7) representative initial deflection coefficients, were selected based on obtained probability density distributions of plate element from collected commercial ships. The obtained empirical formulation showed good agreement ($R^2=0.99$) with numerical simulation results. The obtained outcome with proposed procedure will be very useful in predicting the ultimate strength performance of plate element subjected to longitudinal compression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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