Jeremy Gunawan;Jessica Rikanti Tawekal;Ricky Lukman Tawekal;Eko Charnius Ilman
Ocean Systems Engineering
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v.13
no.4
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pp.385-399
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2023
A collision between a ship and an offshore platform may result in structural damage and closure; therefore, damage analysis is required to ensure the platform's integrity. This paper presents a damage assessment of a three-legged jacket platform subjected to ship collisions using the industrial finite element program Bentley SACS. This study considers two ships with displacements of 2,000 and 5,000 tons and forward speeds of 2 and 6.17 meters per second. Ship collision loads are applied as a simplified point load on the center of the platform's legs at inclinations of 1/7 and 1/8; diagonal bracing is also included. The jacket platform is modelled as beam elements, with the exception of the impacted jacket members, which are modelled as nonlinear shell elements with elasto-plastic material and constant isotropic hardening to provide realistic dented behavior due to ship collision load. The structural response is investigated, including kinetic energy transfer, stress distribution, and denting damage. The simulation results revealed that the difference in leg inclination has no effect on the level of localized denting damage. However, it was discovered that a leg with a greater inclination (1/8) resists structural displacement more effectively and absorbs less kinetic energy. In this instance, the three-legged platform collapses due to the absorption of 27.30 MJ of energy. These results provide crucial insights for enhancing offshore platform resilience and safety in high-traffic maritime regions, with implications for design and collision mitigation strategies.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.399-409
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2012
The flexural behavior of HSB plate girder with a non-slender web, due to inelastic lateral-torsional buckling, under uniform bending was investigated by the nonlinear finite element analysis. Both homogeneous sections fabricated from SM570-TMC, HSB600 or HSB800 steel and hybrid sections with HSB800 flanges and SM570-TMC web were considered. The flanges and web of selected noncomposite I-girders were modeled as thin shell elements and the geometrical and material nonlinear finite element analysis was performed by the ABAQUS program. The steel was assumed as an elasto-plastic strain hardening material. Initial imperfections and residual stresses were taken into account and their effects on the inelastic lateral-torsional buckling behavior were analyzed. The flexural strengths of selected sections obtained by the finite element analysis were compared with the nominal flexural strengths from KHBDC LSD, AASHTO LRFD, and Eurocode and the applicability of these codes in predicting the inelastic lateral torsional buckling strength of HSB plate girders with a non-slender web was assessed.
Effect of joints which pre-exist in the rock mass on the behavior of underground structures is studied. A finite element program is developed using a constitutive mode for rock masses exhibiting nonlinear anisotropic behavior. The initial loading scheme combined with reduced region of analysis is employed to minimize the problem size. A circular tunnel within rock mass is analyzed and the results are compared with those of elasto-plastic analysis to verify that the program is reasonable. The effect of joint direction is also analyzed in regard to stress relaxation, displacement, and deformation shape. It is concluded that the joint direction has significant influence on the nonlinear behavior of rock masses such that the vicinity of tunnel perpendicular to the direction of the joints is stressed to slide. It is also observed that the circular shape deforms to an elliptical shape with a major axis in the joint direction.
In order to predict the nonlinear behaviour of the soil, the elasto-plastic hyperbolic model was selected, which was considered to be relatively simple and highly predictable. The soil parameter determination and the behavior analysis program were developed by formalizing the functions related to the constitutive model. Each soil parameter was determined from the results of the drained triaxial compression tests of Baekma river sand with the change of relative density. The stress-strain behavior was predicted using the soil parameters determined under each condition. As a result, the deviator stress for the axial strain is verified to have a good match between the measured value and predicted value at each relative density. In the relationship between the volumetric stain and the axial strain, when the relative density is loose, the measured value and predicted value tend to match, and when relative density is dense, the predicted value of the volumetric strain appears somewhat smaller than the measured value due to the limitation of the constitutive model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.87-93
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2002
A procedure for figuring out proper amount of additional viscous damping required to keep the inelastic deformation of a plan-wise asymmetric structure within a given target performance point was developed. To this end the behavior of an asymmetric nonlinear structure after yielding is investigated. Then a formula for the required amount of equivalent damping was derived based on the ductility demand of the structure. The procedure was applied to a five-story asymmetric structure subjected to an earthquake load. According to the comparison with the results from the dynamic time-history analysis, the structure with viscous dampers installed in accordance with the proposed procedure showed satisfactory seismic performance in both the stiff and the flexible edges.
In a companion paper. (Oh, 2002), the constitutive model, called GUX model, was implemented as a user subroutine in ABAQUS code, where the GUX model could describe the behavior of overall strain range. An accuracy analysis verified that the implicit stress integration maintained the accuracy of solutions successfully. Since the GUX model is an anistropic hardening elasto-plastic constitutive model based on total stress concept, geotechnical problems under fully drained or undrained condition can be analyzed after acquisition of stress-strain relationships from drained or undrained triaxial tests. This study includes the analyses of the stability of embankments on soft clays and weathered soils and the example of axially loaded soil-pile system. In the large deformation analyses, geometric nonlinearity was considered and the result of analyses with GUX model was compared with that of Mises model for the overall strain range behavior.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1041-1050
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2011
An elasto-plastic finite element method using the theory of strain gradient plasticity is proposed to evaluate the size dependency of structural plasticity that occurs when the configuration size decreases to micron scale. For this method, we suggest a low-order plane and three-dimensional displacement-based elements, eliminating the need for a high order, many degrees of freedom, a mixed element, or super elements, which have been considered necessary in previous researches. The proposed method can be performed in the framework of nonlinear incremental analysis in which plastic strains are calculated and averaged at nodes. These strains are then interpolated and differentiated for gradient calculation. We adopted a strain-gradient-hardening constitutive equation from the Taylor dislocation model, which requires the plastic strain gradient. The developed finite elements are tested numerically on the basis of typical size-effect problems such as micro-bending, micro-torsion, and micro-voids. With respect to the strain gradient plasticity, i.e., the size effects, the results obtained by using the proposed method, which are simple in their calculation, are in good agreement with the experimental results cited in previously published papers.
Hoek-Brown model, which was developed in order to predict the behavior of rock mass, has widely been utilized and revised by many researchers to solve various problems encountered in tunnelling and slope stability analysis. However, there is no schematic investigation on the application of the Hoek-Brown model to numerical analysis including finite element simulations. In this paper the Hoek-Brown model was formulated as a constitutive model according to the procedure of generalized plasticity theory, and a Rounded Hoek-Brown model, which could overcome the numerical difficulties by modifying the edge part of the yield surface as a curve shape, was newly proposed. The new model could satisfy the requirements as an elasto-plastic constitutive soil model and follow the yield surface of the original Hoek-Brown model in the compression mode. The constitutive equation for the proposed model herein was established and presented to be applicable to the generalized nonlinear finite element analysis.
Park, Jeongseon;Park, Duhee;Yoon, Sewoong;Jang, Hwasup;Yoon, Jinam
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.8
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pp.5-15
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2017
To perform an integrated load analysis carried out to evaluate the stability evaluation of wind turbine generators, the six degree-of-freedom stiffness matrix of foundation, which describes relationships between loads and displacement, is needed. Since the foundation stiffness should accurately reflect the shape of foundation and the condition of soil, it is necessary to calculate the stiffness of the bucket foundation that considers the elasto-plastic behavior of the soil. In this study, finite element analyses were performed for a range of soils and shapes of bucket foundations to estimate the foundation stiffness. Normalized stiffness curves are developed from respective numerical simulations. Proposed results are considered to be useful because they can be directly applied in the design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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