In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
This study is a comparison of the results of the orthropic material analysis at cantilever beam model using boundary element(BEM) method and finite element method(FEM). The program with the orthotropic material analysis was developed and applied to the examples in order to evaluate the accuracy of the programs. The examples shows that the results of the BEM is a good agreement with the ABAQUS results.
The static and dynamic responses of guyed telecommunication towers can be determined by using two models, the space truss element model, and the equivalent beam-column element model. The equivalent beam-column analysis is based on the determination of the equivalent shear, torsion, and bending rigidities as well as the equivalent area of the guyed mast. In the literature, two methods are currently available to determine the equivalent properties of lattice structures, namely: the unit load method, and the energy approach. In this study, an equivalent beam-column analysis is introduced based on an equivalent thin plate approach for lattice structures. A finite-element modeling, using suitably modified ABAQUS software, is used to investigate the accuracy of utilizing the different proposed methods in determining the static and dynamic responses of a guyed tower of 364.5-meter high subjected to static and seismic loading conditions. The results from these analyses are compared to those obtained from a finite-element modeling of the actual structure using 3-D truss and beam elements. Good agreement is shown between the different proposed beam-column models, and the model of the actual structure. However, the proposed equivalent thin plate approach is simpler to apply than the other two approaches.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.174-183
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2006
The resistance spot-welded region in most current finite element crash models is characterized as a rigid beam at the location of the welded spot. The region is modeled to fail with a failure criterion which is a function of the axial and shear load at the rigid beam. The role of this rigid beam is simply to transfer the load across the welded components. The calculation of the load acting on the rigid beam is important to evaluate the failure of the spot-weld. In this paper, numerical simulation is carried out to evaluate the calculation of the load at the rigid beam. The load calculated from the precise finite element model of the spot-welded region considering the residual stress due to the thermal history during the spot welding procedure is regarded as the reference value and the value of the load is compared with the one obtained from the spot-welded model using the rigid beam with respect to the element size, the element shape and the number of imposed constraints. Analysis results demonstrate that the load acting on the spot-welded element is correctly calculated by the change of the element shape around the welded region and the location of welded constrains. The results provide a guideline for an accurate finite element modeling of the spot-welded region in the crash analysis of vehicles.
A calculation method was presented to calculate the deflection of GFRP-concrete-steel beams with full or partial shear connections. First, the sectional analysis method was improved by considering concrete nonlinearity and shear connection stiffness variation along the beam direction. Then the equivalent slip strain was used to take into consideration of variable cross-sections. Experiments and nonlinear finite element analysis were performed to validate the calculation method. The experimental results showed the deflection of composite beams could be accurately predicted by using the theoretical model or the finite element simulation. Furthermore, more finite element models were established to verify the accuracy of the theoretical model, which included different GFRP plates and different numbers of shear connectors. The theoretical results agreed well with the numerical results. In addition, parametric studies using theoretical method were also performed to find out the effect of parameters on the deflection. Based on the parametric studies, a simplified calculation formula of GFRP-concrete-steel composite beam was exhibited. In general, the calculation method could provide a more accurate theoretical result without complex finite element simulation, and serve for the further study of continuous GFRP-concrete-steel composite beams.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.5
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pp.537-543
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2013
In this paper, a novel radial beam coupling model was proposed and the design parameters were studied for the efficient transmission of torque. To develop a high performance radial beam coupling, an analytical way to predict the performance in design phase is required. One of the best ways to estimate the performance of the coupling without manufacturing is to evaluate the stress and torsional stiffness by building a finite element model with a special attention to the radial beam cutting part. For the best results of FEA, the material properties were obtained through testing. To verify the reliability of finite element model, the results of FEA were compared with the experiments. The main design parameters of radial beam cutting width, radial beam cutting depth, and radial beam cutting direction were considered for the performance of radial beam coupling.
Kim, J.S.;Kim, J.S.;Kang, E.G.;Lee, S.W.;Park, H.W.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.6
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pp.931-936
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2013
Recently, the use of large-electron-beam polishing for polishing complex metal surfaces has been proposed. In this study, the temperature induced by a large electron beam was predicted using the heat transfer theory. A finite element (FE) model of a continuous wave (CW) electron beam was constructed assuming Gaussian distribution. The temperature distribution and melting depth of an SUS304 sample were predicted by changing electron-beam polishing process parameters such as energy density and beam velocity. The results obtained using the developed FE model were compared with experimental results for verifying the melting depth prediction capability of the developed FE model.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.577-585
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2006
In this research, nonlinear Timoshenko beam element that is able to capture nonlinear shear deformation is developed. The proposed model shows more reasonable prediction than Bernoulli beam theory in short columns or strong shear column due to the consideration of shear deformation. The cross-section is modeled as fiber approach. Since the model is based on the fiber approach for section discretization, the plastic progress of the section can be traced and the coupling effect of the axial and flexural response. The developed element is implemented into the finite element program to analysis general reinforced concrete structures. As parametric study, reinforced concrete columns are analyzed and compared with experimental results, analyzed the property of behavior for reinforced concrete columns.
Kim, Kookhyun;Park, Sungju;Lee, Sangjoong;Hwang, Seongjun;Kim, Sumin;Lee, Yonghee
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.6
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pp.481-488
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2020
Composite materialsuch as glass-fiber reinforced plastic and carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) shows anisotropic property and have been widely used for structural members and outfitings of ships. The structural safety of composite structures has been generally evaluated via finite element analysis. This paper presents a technique for updating the finite element model of anisotropic beams or plates via natural frequencies. The finite element model updates involved a compensation process of anisotropic material properties, such as the elastic and shear moduli of orthotropic structural members. The technique adopted was based on a discrete genetic algorithm, which is an optimization technique. The cost function was adopted to assess the optimization problem, which consisted of the calculated and referenced low-order natural frequencies for the target structure. The optimization process was implemented with MATLAB, which includes the finite element updates and the corresponding natural frequency calculations with MSC/NASTRAN. Material properties of a virtual cantilevered orthotropic beam were estimated to verify the presented method and the results obtained were compared with the reference values. Furthermore, the technique was applied to a cantilevered CFRP beam to successfully estimate the unknown material properties.
A novel higher order shear-deformable beam model, which provides linear variation of transversal normal strain and quadratic variation of shearing strain, is proposed to describe the beam resting on foundation. Then, the traditional two-parameter Pasternak foundation model is modified to capture the effects of the axial deformation of beam. The Masing's friction law is incorporated to deal with nonlinear interaction between the foundation and the beam bottom, and the nonlinear properties of the beam material are also considered. To solve the mathematical problem, a displacement-based finite element is formulated, and the reliability of the proposed model is verified. Finally, numerical examples are presented to study the effects of the interfacial friction between the beam and foundation, and the mechanical behavior due to the tensionless characteristics of the foundation is also examined. Numerical results indicate that the effects of tensionless characteristics of foundation and the interfacial friction have significant influences on the mechanical behavior of the beam-foundation system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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