This paper presents a method for the nonlinear analysis of beam elements subjected to the cyclical combined actions of torsion, biaxial flexure and axial forces based on an extension of the disturbed compression field (DSFM). The theoretical model is based on a hybrid formulation between the full rotation of the cracks model and the fixed direction of the cracking model. The described formulation, which treats cracked concrete as an orthotropic material, includes a new approach for the evaluation of the re-orientation of both the compression field and the deformation field by removing the restriction of their coincidence. A new equation of congruence permits evaluating the deformation of the middle line. The problem consists in the solution of coupled nonlinear simultaneous equations expressing equilibrium, congruence and the constitutive laws. The proposed method makes it possible to determine the deformations of the beam element according to the external stresses applied.
The behaviour of a reinforced concrete tension member is governed by the contribution of concrete between cracks, tension stiffening effect. Under highly repeated loading, this contribution is progressively reduced and the member response approximates that given by the fully cracked member. When focusing on the unloaded state, experiments show deformations larger than those of the naked reinforcement. This has been referred to as negative tension stiffening and is due to the fact that concrete carries compressive stresses along the crack spacing, even thought the tie is subjected to an external tensile force. In this paper a cycle-dependent approach is presented to reproduce the behaviour of the axially loaded tension member, paying attention to the negative tension stiffening contribution. The interaction of cyclic bond degradation and time-dependent effects of concrete is investigated. Finally, some practical diagrams are given to account for the negative tension stiffening effect in reinforced concrete elements.
This paper proposes a new method for the preliminary design of cable-stayed bridges that belong to the radial system subjected to static loads (self weight, traffic loads, concentrated loads, etc). The method is based on the determination of the each time existing relation between the tension forces of the cables and the corresponding bridge-deck deformations, and can be extended on any type of cable layout (fan, parallel, or mixed system). Galerkin's method is used for the final determination of the cable stresses and the bridge deformation. The determination of the equation, which gives the forces of the cables in relation to the deck's configurations, permits us to convert the problem to the solving of a continuous beam without cables.
This paper will examine the possibilities of the virtual tests of composite structures by simulating mechanical behaviors by using supercomputing technologies, which have now become easily available and powerful but relatively inexpensive. We will describe mainly the applications of large-scale finite element analysis using the direct numerical simulation (DNS), which describes composite material properties considering individual constituent properties. DNS approach is based on the full microscopic concepts, which can provide detailed information about the local interaction between the constituents and micro-failure mechanisms by separate modeling of each constituent. Various composite materials such as metal matrix composites (MMCs), active fiber composites (AFCs), boron/epoxy cross-ply laminates and 3-D orthogonal woven composites are selected as verification examples of DNS. The effective elastic moduli and impact structural characteristics of the composites are determined using the DNS models. These DNS models can also give the global and local information about deformations and influences of high local in-plane and interlaminar stresses induced by transverse impact loading at a microscopic level inside the materials. Furthermore, the multi-scale models based on DNS concepts considering microscopic and macroscopic structures simultaneously are also developed and a numerical low-velocity impact simulation is performed using these multi-scale DNS models. Through these various applications of DNS models, it can be shown that the DNS approach can provide insights of various structural behaviors of composite structures.
Using bonded fiber-reinforced polymer laminates for strengthening wooden structural members has been shown to be an effective and economical method. In this research, properties of suitable composite materials (sika wrap), adhesives and two ways of strengthening beams exposed to bending moment are presented. Passive or slack reinforcement is one way of strengthening. The most effective way of such a strengthening was to place reinforcement laminates in the stretched part of the wooden beam (lower part in our case), in order to investigate the effectiveness of externally bonding FRP to their soffits. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the wooden beam, the sika wrap composite plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the composite-wooden hybrid structures. The results showed that the use of the new strengthening system enhances the performance of the wooden beam when compared with the traditional strengthening system.
Analysis of cable structures is complex because their force - displacement relationships are highly nonlinear and also because large deformations introduce geometric nonlinearity. Therefore, we must take account their geometric nonlinearity in the analysis and find the equilibrated shape of cable structures. In this paper, to slove these problems, numerical procedures involving geometrical nonlinearity are introduced. They are applicable to general cable net, flexible transmission lines and suspended cable roof. These procedures are divided into two parts; one is to obtain the equilibrated shapes and stresses of the cable structures with uniform load by flexibility iteration method, the other is to analyse the equilibrated structures subjected to nodal external forces by nonlinear finite element method.
Kim, Sung-Bo;Kim, Hun-Kyom;Jung, Kyoung-Hwan;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.43-50
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2008
The analysis and results of flexural behavior for steel composite beam with built-up cross-section considering bolt deformation are presented in this paper. The bolt deformation and the restrict effect due to bolt-connection and friction are considered to investigate the flexural behavior of steel composite beam. Nonlinear spring element in ABAQUS is used to consider bolt deformation, also the results are compared with those in case bolt deformations are ignored. The displacement, bending stresses and shear stresses are calculated by F.E. model, and these results are compared with the analytical value of no interaction beam, partial interaction beam and full interaction beam. As a result of analysis, the behavior of composite beam is more dependant on the composite rate than the friction of the steel. When the composite rate is more than 50%, the behavior of composite beam considering the effects of bolt deformation is similar to that of fully composite beam.
Frequently, steel silos are supported by discrete supports or columns to permit easy access beneath the barrel. In such cases, large loads are transferred to the limited number of supports, causing locally high axial compressive stress concentrations in the shell wall above the supports. If not dealt with properly, these increased stresses will lead to premature failure of the silo due to local instability in the regions above the supports. Local stiffening near the supports is a way to improve the buckling resistance, as material is added in the region of elevated stresses, levelling these out to values found in uniformly supported silos. The aim of a study on the properties of local stiffening will then be to increase the failure load, governed by an interaction of plastic collapse and elastic instability, to that of a discrete supported silo. However, during the course of such a study it was found that, although the failure remains local, the cylinder height is also a parameter that influences the failure mechanism, a fact that is not properly taken into account in current design practice and codes. This paper describes the mechanism behind the effect of the cylinder height on the failure load, which is related to pre-buckling deformations of the shell structure. All results and conclusions are based on geometrically and materially non-linear finite element analyses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.4
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pp.487-493
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2010
Most structural analyses are concerned with the deformations and stresses in a body subjected to external loads. However, in many fields, inverse problems have to be interpreted to determine surface tractions or internal stresses from displacements measured on a remote surface. In this study, the inverse processes are studied by using the finite element method for the evaluation of internal stresses. Small errors in the measured displacements often result in a substantial loss of stability of an inverse system. In order to improve the stability of the inverse system, the displacements on a section near the region of the unknown tractions are predicted by using orthogonal basis functions. We use the Gram-Schmidt orthogonal technique to determine two bases for the displacements on a section near the region of the unknown tractions. Advantages over previous methods are discussed by using numerical examples.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.369-376
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2003
In this paper, a nonlinear structural analysis for the composite structure composed of the spent nuclear fuel disposal canister and the 50㎝ thick bentonite buffer is carried out to predict the collapse of the canister while the horizontal symmetric sudden rock movement of 10㎝ is applied on the composite structure. This sudden rock movement is anticipated by the earthquake etc. at a deep underground. Elastoplastic material model is adopted. Drucket-Prager yield criterion is used for the material yield prediction of the bentonite buffer and von-Mises yield criterion is used for the material yield prediction of the canister(cast iron, copper). Analysis results show that even though very large deformations occur beyond the yield point in the bentonite buffet, the canister structure still endures elastic small strains and stresses below the yield strength. Hence, the 50㎝ thick bentonite buffet can protect the canister safely against the 10㎝ sudden rock movement by earthquake etc.. Analysis results also show that bending deformations occur in the canister structure due to the shear deformation of the bentonite buffer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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