A new type of fabricated subway station construction technology can effectively solve these problems. For a new type of metro structure form, it is necessary to clarify its mechanical properties, especially the seismic performance. A soil-structure elastoplastic finite element model is established to perform three-dimensional nonlinear dynamic time-history analysis based on the first fabricated station structure-Yuanjiadian station of Changchun Metro Line 2, China. Firstly, the nonlinear seismic response characteristics of the fabricated and cast-in-place subway stations under different seismic wave excitations are compared and analyzed. Then, a comprehensive analysis of several important parameters that may affect the seismic response of fabricated subway stations is given. The results show that the maximum plastic strain, the interlayer deformation, and the internal force of fabricated station structures are smaller than that of cast-in-place structure, which indicates that the fabricated station structure has good deformation coordination capability and mechanical properties. The seismic responses of fabricated stations were mainly affected by the soil-structure stiffness ratio, the soil inertia effect, and earthquake load conditions rarely mentioned in cast-in-place stations. The critical parameters have little effect on the interlayer deformation but significantly affect the joints' opening distance and contact stress, which can be used as the evaluation index of the seismic performance of fabricated station structures. The presented results can better understand the seismic responses and guide the seismic design of the fabricated station.
In this study, nonlinear dynamic response of a concrete plate retrofit with Aluminium oxide ($Al_2O_3$) under seismic load and magnetic field is investigated. The plate is a composite reinforced by Aluminium oxide with characteristics of the equivalent composite being determined using Mori-Tanka model considering agglomeration effect. The plate is simulated with higher order shear deformation plate model. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain, the energy equations of column was obtained and using Hamilton's principal, the governing equations were derived. Differential quadrature method (DQM) in conjunction with Newark method is applied for obtaining the dynamic response of structure. The influences of magnetic field, volume percent of nanoparticles, geometrical parameters of column, agglomeration and boundary conditions on the dynamic response were investigated. Results showed that with increasing volume percent of nanoparticles, the dynamic deflection decreases.
Mahmoud, Fatin F.;El-Shafei, Ahmed G.;Attia, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.27-44
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2013
A finite element computational procedure for the accurate analysis of quasistatic thermorheological complex structures response is developed. The geometrical nonlinearity, arising from large displacements and rotations (but small strains), is accounted for by the total Lagrangian description of motion. The Schapery's nonlinear single-integral viscoelastic constitutive model is modified for a time-stress-temperature-dependent behavior. The nonlinear thermo-viscoelastic constitutive equations are incrementalized leading to a recursive relationship and thereby the resulting finite element equations necessitate data storage from the previous time step only, and not the entire deformation history. The Newton-Raphson iterative scheme is employed to obtain a converged solution for the non-linear finite element equations. The developed numerical model is verified with the previously published works and a good agreement with them is found. The applicability of the developed model is demonstrated by analyzing two examples with different thermal/mechanical loading histories.
The size-dependent nonlinear thermomechanical vibration analysis of pre- and post-buckled tapered two-directional functionally graded (2D-FG) microbeams is presented in this study. In the context of the modified couple stress theory, the formulations are derived based on the parabolic shear deformation beam theory and von Karman nonlinear strains. Different thermomechanical material properties are assumed to be temperature-dependent and smoothly vary in both length and thickness directions using the power law and the physical neutral axis concept is employed. The nonlinear governing equations are derived using the Hamilton principle and the resulting variable coefficient equations of motion are solved using the differential quadrature method (DQM) and iterative Newton's method for clamped-clamped and simply supported boundary conditions. Comparison studies are presented to validate the derived model and solution procedure. The impacts of induced thermal moments, temperature power index, two gradient indices, nonuniform cross-section, and microstructure length scale parameter on the frequency-temperature configurations are explored for both clamped and simply supported microbeams.
Uniaxial displacement controlled tests were performed on annealed Type 304 stainless steel at room temperature. A servo-controlled testing machine and strain measurement on the gage length were employed to measure the response to a given input. The test results exhibit that the flow stress increases nonlinearly with the strain rate and the relaxed stress at the end of the relaxation periods depends strongly on the strain rate preceding the relaxation test. The rate-dependent inelastic deformation behavior is simulated using a new unified viscoplasticity model that has the rate-dependent format of nonlinear kinematic hardening rule, which plays a key role in modeling the rate dependence of relaxation behavior. The model does not employ yield or loading/unloading criteria and consists of a flow law and the evolution laws of two tensor and one scalar-valued state variables.
Rock contains discontinuities at all scales. These discontinuities make rock behave in a complex way. This paper discusses a new approach to underground design based on the theory of rock fracture mechanics. The mechanism of deformation and failure of coal was studied by observing the distributions of length, orientation and spacing of the pre-existing as well as stress-induced cracks. Different types of crack information. The crack information is dependent on the scale used. The cracks propagate along the intersections of the pre-existing cracks, and both extensile and shear crack growth occur depending on the direction of the load relative to the bedding planes. An analytical model that takes into account both shear and extensile crack growth was developed to predict the nonlinear stress-strain behavior of coal including strain-hardening and strain-softening.
Kolasangiani, K.;Farhangdoost, K.;Shariati, M.;Varvani-Farahani, A.
Steel and Composite Structures
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v.28
no.1
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pp.1-11
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2018
In this paper, local ratcheting behavior of 1045 steel plates with circular cutout was investigated. Experimental tests were carried out by a Zwick/Roell HB 100 servo hydraulic machine. In order to measure the local strain at notch root, a data acquisition system with strain gauge was used. Various notch diameters and distances of strain gauges mounted from the notch root were found influential in the magnitude of local ratcheting strain. It was found that the local maximum principal stress plays a crucial role in increasing the local plastic deformation. Numerical simulation was done by ABAQUS software using nonlinear isotropic/kinematic hardening model. Material parameters of hardening model were attained from several stabilized cycles of flat specimens subjected to symmetric strain cycles. The nonlinear kinematic hardening model along with the Neuber's rule was employed to assess local ratcheting at the notch root of steel plates. The results of the numerical simulations agreed closely with those measured values in this study. Both ratcheting progress and mean stress relaxation occurred simultaneously at the notch root.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.12
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pp.2056-2061
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2001
Non-proportional loading tests of Nylon 66 at room temperature exhibit path dependent behavior and plasticity-relaxation interactions. The uniaxial formulation of the viscoplasticity theory based on overstress (VBO), which has been used to reproduce the nonlinear strain rate sensitivity, relaxation, significant recovery and cyclic softening behaviors of Nylon 66, is extended to three-dimensions to predict the response in strain-controlled, comer-path tests. VBO consists of a flow law that is easily written for either the stress or the strain as the independent variable. The flow law depends on the overstress, the difference between the stress and the equilibrium stress that is a state variable in VBO. The evolution law of the equilibrium stress in turn contains two additional state variables, the kinematic stress and the isotropic stress. The simulations show that the constitutive model is competent at modeling the deformation behavior of Nylon 66 and other solid polymers.
This research studies the primary resonance and nonlinear vibratory responses of multilayer functionally graded shallow (MFGS) shells under external excitations. The shells considered with functionally graded porous (FGP) core and resting on two types of nonlinear viscoelastic foundations (NVEF) governed by either a linear model with two parameters of Winkler and Pasternak foundations or a nonlinear model of hardening/softening cubic stiffness augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model. The shells considered have three layers, sandwiched by functionally graded (FG), FGP, and FG materials. To investigate the influence of various porosity distributions, two types of FGP middle layer cores are considered. With the first-order shear deformation theory (FSDT), Hooke's law, and von-Kármán equation, the stress-strain relations for the MFGS shells with FGP core are developed. The governing equations of the shells are consequently derived. For the sake of higher accuracy and reliability, the P-T method is implemented in numerically analyzing the vibration, and the method of multiple scales (MMS) as one of the perturbation methods is used to investigate the primary resonance. The results of the present research are verified with the results available in the literature. The analytical results are compared with the P-T method. The influences of material, geometry, and nonlinear viscoelastic foundation parameters on the responses of the shells are illustrated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.4
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pp.136-152
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1993
This study is intended to develop an accurate and efficient, analytical thin-walled beam model, and to analyze overall behavior of SWATH ship under repeated overloads. SWATH ship is idealized to a simple thin-walled beam of channel type. An analytical beam model is formulated by the stress component with geometrically(fully) nonlinear thin-walled beam and treated numerically by the Finite Element Method. An efficient cyclic plasticity model is also included, suitable for material nonlinear behavior under complex loading conditions. The local stress distribution can be very exactly represented and the material yielding propagation, easily traced. In addition, the local treatment of the effect of shear deformation improves the representation of deformation and shear stress distribution along the section contour. It is desirable to use the analytical thin-walled beam at initial design stage, and is needed to improve the practical thin-walled beam model advancing the current approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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