In this study, with the FEM we analyzed the variation of the resonance frequency, bandwidth, and sound pressure of the Tonpilz transducer in relation to its design variables. Through statistical multiple regression analysis of the results, we derived functional forms of the resonance frequency, bandwidth, and sound pressure in terms of the design variables. By applying the constrained optimization technique, SQP-PD, to the derived function, we determined the optimal structure of the transducer that could provide the highest sound pressure level at the resonance frequency of 30,000 Hz and having the -3 dB bandwidth more than 10%, The validity of the optimized results was confirmed through comparison of the optimal performance with that of the FEA. The optimal design method proposed could reflect all the cross-coupled effects of multiple structural variables, and could determine the detailed geometry of the transducer with great efficiency and rapidity.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory), considering the effect of compression softening in cracked concrete, and macro-scopic and rotating crack models etc., was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. Considering the computational efficency 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(Non1inear Analysis of Structural Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed in this way 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 verification purpose of NASCOM, the predictions were made for Bhide's Panel(PB21) and Leonhardt's deep beam tests. The predicted results shows somewhat stiff behaviour for the panel test, and vice versa for deep beam tests. More refining process would be necessary hereafter in terms of more accurately simulating the effects of tension-stiffening and compression softening in concrete.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.6
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pp.130-137
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2018
Many constitutive models for concrete have been developed to predict the nonlinear behavior of concrete members considerably. The constitutive model for reinforcing bar that include the tension stiffening effect due to the bond characteristics between steel bars and concrete is being studied but the bilinear model is generally used. It was found that the buckling of the longitudinal reinforcing bars is controlled the nonlinear behavior of hybrid precast concrete panel, which is being developed for core wall. In this study, the constitutive models that can consider the embedding and buckling effects of reinforcing bar are investigated and a new model combing these constitutive models is proposed. In order to verify the proposed model, the analysis results are compared with experimental results of the concrete wall and hybrid precast concrete panel. The analysis of embedding-effect-only modeling predicted that the deformation increases continually without the decrease in the load carrying capacity. However, the analysis results of proposed model showed good agreement with some experimental results, thus verifying the proposed computational model.
Internal ring beams are primary components of new ring-stiffened cooling towers. In this study, numerical simulation of the internal flow field of a cooling tower with three ring beams under wind-thermal coupling effect is performed. The studied cooling tower is a 220-m super-large hyperbolic indirect natural draft cooling tower that is under construction in China and will be the World's highest cooling tower, the influence of peripheral radiators in operating cooling tower is also considered. Based on the simulation, the three-dimensional effect and distribution pattern of the wind loads on inner surface of the cooling tower is summarized, the average wind pressure distributions on the inner surface before and after the addition of the ring beams are analyzed, and the influence pattern of ring beams on the internal pressure coefficient value is derived. The action mechanisms behind the air flows inside the tower are compared. In addition, the effects of internal ring beams on temperature field characteristics, turbulence kinetic energy distribution, and wind resistance are analyzed. Finally, the internal pressure coefficients are suggested for ring-stiffened cooling towers under wind-thermal coupling effect. The study shows that the influence of internal stiffening ring beams on the internal pressure and flow of cooling towers should not be ignored, and the wind-thermal coupling effect should also be considered in the numerical simulation of cooling tower flow fields. The primary conclusions presented in this paper offer references for determining the internal suction of such ring-stiffened cooling towers.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.159-166
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2022
In this study, slender reinforced concrete columns subjected to high temperatures and eccentric axial loads are evaluated by finite element analysis employing Abaqus (a finite element analysis program). Subsequently, the analysis results are compared and assessed. The sequentially coupled thermal stress analysis provided by Abaqus was employed to reflect the condition of an axially loaded column exposed to fire. First, heat transfer analysis was performed on the column cross-section. After verifying the results, another analysis was conducted: the cross-section was transformed into a three-dimensional element and then structural analyzed. In the analysis process, the column was modeled by accounting for the effects of tension stiffening and initial imperfection that could affect convergence and accuracy. The analysis results were compared with 74 experimental records, and an average error of 6% was observed based on the fire exposure and resistance. The foregoing indicates that the fire resistance performance of reinforced concrete columns can be predicted through finite element analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6A
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pp.577-585
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2009
A 9-node degenerated shell finite element(FE), which has been developed for assessment of ultimate pressure capacity and nonlinear analysis for nuclear containment building is described in this paper. Reissner-Midnlin(RM) assumptions are adopted to develop the shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. Material model for concrete prior to cracking is constructed based on the equivalent stress-equivalent strain relationship. Tension stiffening model, shear transfer mechanism and compressive strength reduction model are used to model the material behavior of concrete after cracking. Niwa and Aoyagi-Yamada failure criteria have been adapted to find initial cracking point in compression-tension and tension-tension region, respectively. Finally, the performance of the developed program is tested and demonstrated with several examples. From the numerical tests, the present results show a good agreement with experimental data or other numerical results.
Park, Jiyeon;Choi, Youngju;Mizushima, Ryoko;Yoshikawa, Toru;Myoenzono, Kanae;Tagawa, Kaname;Matsui, Masahiro;Tanaka, Kiyoji;Maeda, Seiji
Korean Journal of Exercise Nutrition
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v.23
no.3
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pp.39-44
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2019
[Purpose] Weight loss can reduce obesity-induced arterial stiffening that is attributed to decreased inflammation. Angiopoietin-like protein 2 (ANGPTL2) is a pro-inflammatory adipokine that is upregulated in obesity and is important in the progression of atherosclerosis and cardiovascular disease. The purpose of this study is to investigate the effects of dietary modification on circulating ANGPTL2 levels and arterial stiffness in overweight and obese men. [Methods] Twenty-two overweight and obese men (with mean age of 56 ± 2 years and body mass index of 28.6 ± 2.6 kg/m2) completed a 12-week dietary modification program. We measured the arterial compliance and β-stiffness index (as the indices of arterial stiffness) and serum ANGPTL2 levels before and after the program. [Results] After the 12-week dietary modification, body mass and daily energy intake were significantly reduced. Arterial compliance was significantly increased and β-stiffness index was significantly decreased after the 12-week dietary modification program. Serum ANGPTL2 levels were significantly decreased. Also, the changes in arterial compliance were negatively correlated with the changes in serum ANGPTL2 levels, whereas the changes in β-stiffness index were positively correlated with the changes in serum ANGPTL2 levels. [Conclusion] These results suggest that the decrease in circulating ANGPTL2 levels can be attributed to the dietary modification-induced reduction of arterial stiffness in overweight and obese men.
The present study deals with static and dynamic behaviors including forced vibrations of an elastic rectangular nano plate on the two-parameter foundation. Firstly, the rectangular plate is assumed to be subjected to uniformly distributed and eccentrically applied concentrated loads. The governing equations of the problem are derived by considering the dynamic response of the plate, employing a series of the Chebyshev polynomials for the displacement function and applying the Galerkin method. Then, effects of the non-essential boundary conditions of the plate, i.e., the boundary conditions related to the shearing forces, the bending moments and the corner forces, are included in the governing equation of motion to compensate for the non-satisfied boundary conditions and increase the accuracy of the Galerkin method. The approximate numerical solution is accomplished using an iterative process due to the non-linearity of the unilateral property of the two-parameter foundation. The plate under static concentrated load is investigated in detail numerically by considering a wide range of parameters of the plate and the foundation stiffnesses. Numerical treatment of the problem in the time domain is carried out by assuming a stepwise variation of the concentrated load and the linear acceleration procedure is employed in the solution of the system of governing differential equations derived from the equation of motion. Time variations of the contact region and those of the displacements of the plate are presented in the figures for various numbers of the two-parameter of the foundation, as well as the classical and nano parameters of the plate particularly focusing on the non-linearity of the problem due to the plate lift-off from the unilateral foundation. The effects of classical and nonlocal parameters and loading are investigated in detail. Definition of the separation between the plate and the two-parameter foundation is presented and applied to the given problem. The effect of the lift-off on the static and dynamic behavior of the rectangular plate is studied in detail by considering various loading conditions. The numerical study shows that the effect of nonlocal parameters on the behavior of the plate becomes significant, when nonlinearity becomes more profound, due to the lift-off of the plate. It is seen that the size effects are significant in static and dynamic analysis of nano-scaled rectangular plates and need to be included in the mechanical analyses. Furthermore, the corner displacement of the plate is affected more significantly from the lift-off, whereas it is less marked in the time variation of the middle displacement of the plate. Several numerical examples are presented to examine the sensibility of various parameters associated with nonlocal parameters of the plate and foundation. Both stiffening and softening nonlocal parameters behavior of the plate are identified in the numerical solutions which show that increasing the foundation stiffness decreases the extent of the contact region, whereas the stiffness of the shear layer increases the contact region and reduces the foundation settlement considerably.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Yatim, M.Y.M.;A.W., Al Zand
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.687-708
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2020
Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.
The repeated loading responses of four shear-critical reinforced concrete beams with two different shear span-to-depth ratios, were studied. One series of beams was reinforced using pairs of bundled stirrups with $90^{\circ}$ standard hooks, haying free end extensions of $6d_b$. The companion beams contained shear reinforcement made with larger diameter headed bars anchored with 50mm diameter circular heads. A single headed bar had the same area as a pair of bundled stirrups and hence the two series were comparable. The test results indicate that beams containing headed bar stirrups have a superior performance to companion beams containing bundled standard stirrups with improved ductility, larger energy absorption and enhanced post-peak load carrying capability. Due to splitting of the concrete cover and local crushing, the hooks of the standard stirrups opened resulting in loss of anchorage. In contrast, the headed bar stirrups did not lose their anchorage and hence were able to develop strain hardening and also served to delay buckling of the flexural compression steel. Excellent load-deflection predictions were obtained by reducing the tension stiffening to account for repeated load effects.
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