Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.521-532
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2007
Elastic wave propagations in the semi-infinite transversely isotropic cylinder under various kinds of longitudinal impact loads are analyzed using the axisymmetric finite element method and Houbolt time-integration scheme. For which the finite element program is newly constructed and verified through the comparison of present numerical results with those by other researchers. E-type glass-epoxy composite cylinders with different fiber volume fractions are adopted and studied in detail with dynamic responses of the isotropic cylinder. Three dimensional wave motions are given in graphic form to show the realistic view of the wave propagation. Nondimensionalized dynamic characteristic variables which relate the size of finite element mesh, the time step, and the wave speed are presented for obtaining accurate and stable numerical results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.39-47
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2004
In this paper, the defects of two-dimensional anisotropic elastic bodies are identified by using the boundary element method. The use of numerical models that contain only boundary integral terns reduces the dimensionality of the problem by one. This advantage is particularly important in problems such as crack mechanics. Avoiding domain meshing is also particularly advantageous in the solution of inverse problems since it overcomes mesh perturbations and simplifies the procedure. In this paper, nondestructive approaches for the existing isotropic materials are extended to analyze the elastic bodies made of anisotropic materials such as composites. After verifying that the proposing boundary element model is in good agreement with numerical results reported by other investigators, the effect of noise in the measurements on the identifiability is studied with respect to different design parameters of layered composites. Sample studies are carried out for various layup configurations and loading conditions. The effects of the layup sequences in detecting flaw of composites is explored in this paper.
With the goal of increasing the survivorship of the prosthesis and anticipating primary stability problems of new prosthetic implants, finite element evaluation of the micromotion, at an early stage of the development, is mandatory. This allows assessing and optimizing different designs without manufacturing prostheses. This study aimed at investigating, using finite element analysis (FEA), the difference in the prediction of the primary stability of cementless hip prostheses implanted into a $Sawbones^{(R)}$ 4th generation, using the manufacturer's mechanical properties and using mechanical properties close to that of human bone provided by the literature (39 papers). FEA was carried out on the composite $Sawbones^{(R)}$ implanted with a straight taper femoral stem subjected to a loading condition simulating normal walking. Our results show that micromotion increases with a reduction of the bone material properties and decreases with the augmentation of the bone material properties at the stem-bone interface. Indeed, a decrease of the cancellous Young modulus from 155MPa to 50MPa increased the average micromotion from $29{\mu}m$ up to $41{\mu}m$ (+42%), whereas an increase of the cancellous Young modulus from 155MPa to 1000MPa decreased the average micromotion from $29{\mu}m$ to $5{\mu}m$ (-83%). A decrease of cortical Young modulus from 16.7GPa to 9GPa increase the average global micromotion from $29{\mu}m$ to $35{\mu}m$ (+33%), whereas an increase of the cortical Young modulus from 16.7GPa to 21GPa decreased the average global micromotion from $29{\mu}m$ to $27{\mu}m$ (-7%). It can also be seen that the material properties of the cancellous structure had a greater influence on the micromotion than the material properties of the cortical structure. The present study shows that micromotion predicted at the stem-bone interface with material properties of the $Sawbones^{(R)}$ 4th generation is close to that predicted with mechanical properties of human femur.
Kim, Sang-Woo;Hwang, Hyun-Bok;Lee, Bum-Sik;Lee, Jung-Yoon
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.835-838
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2008
This study presents the nonlinear finite element analysis to predict the behavior of reinforced concrete (RC) beams shear-strengthened with fiber-reinforced polymer laminates (FRP). In this paper, modeling concept for the FRP is introduced to enable the use of finite element methods for the shear analysis of RC beams shear-strengthened with FRP composites. The numerical techniques are used to represent the FRP composite, bond properties between the FRP and the concrete, and the RC beams. According to the proposed modeling methods, a finite element analysis is performed using a two-dimensional nonlinear finite element analysis program, VecTor2, based on the Disturbed Stress Field Model (DSFM). To verify the application of the DSFM for the prediction of the behavior of the shear-critical beams strengthened with FRP composites in shear, a detailed comparison between experimental and numerical results for the response of the RC beams is carried out.
We present the Yonsei Evolutionary Population Synthesis (YEPS) models for spectroscopic and photometric evolutions of simple and composite stellar populations. The models are based on the most up-to-date Yonsei-Yale stellar evolutionary tracks and BaSel 3.1 flux libraries, and provide integrated spectroscopic quantities of Lick/IDS system including high-order Balmer absorption-lines. Special care has been taken to incorporate the systematic variation of horizontal branch (HB) morphology as functions of metallicity, age, alpha-element mixture, and helium abundance of simple stellar populations. Our models for normal-helium stellar populations indicate that the realistic modeling of HB and alpha-element brings about 5 Gyr and 0.1 dex differences in age and metallicity estimations, respectively, compared to those without these effects. The HB effect does not depend on the specific choice of stellar libraries and alpha-element enhancements, and this effect is non-negligible even in the metal sensitive absorption indices, such as Mg2 and Mg b. Comparison of the models to observations reveals that the HB and alpha-element effects are critical in understanding otherwise inexplicable phenomena found in globular cluster systems in the Milky Way and nearby galaxies, including the observed bimodality of the line strengths of globular clusters in massive galaxies. In addition, we found that helium-enhanced stellar populations, which are the major sources of extreme HB stars, bring about increased FUV, NUV fluxes, and thus the model colors of those filters become extremely blue. Age dating based on the YEPS model with normal-helium stellar populations reveals that the evidence for 'downsizing' of elliptical galaxies is found not only in the local field but also in Coma cluster, and that the mean age of elliptical galaxies in Coma cluster is about 1.4 Gyr younger than the mean age of those in the local field. We also find that our models with helium-enhanced subpopulations can naturally reproduce the strong UV-upturns observed in giant elliptical galaxies assuming an age similar to that of old GCs in the Milky Way.
During an earthquake, steel frame columns can be subjected to high axial forces combined with inelastic rotation demand resulting from story drift. Generally, the whole beam or component can be represented with one element. In elasto-plastic analysis, subdivision is necessary if the plastic deformation occurs within two ends of beams. If effects of the joint panel are necessarily considered in the analysis, the joint panel should be represented with an independent element. It is a special element to represent the shear deformation of the joint panel in the beam-column connection zone. Several analytical models for panel zone (PZ) behavior exist, in terms of shear force-shear distortion relationships. Among these models, the Krawinkler PZ model is the most popular one which is used in the AISC code. Some studies have pointed out that Krawinkler's model gives good results for the range of thin to medium column flanges thickness. This paper, introduces a new model to estimate the response of shear force-shear distortion for the PZ including column axial force. The model is applicable to both thin and thick column flange. To achieve an appropriate PZ mathematical model first, the effects of PZ strength and stiffness on connection response are parametrically studied using finite element models. More than one thousand and four-hundred beam-column connections are included in the parametric study, with varied parameters; then based on analytical results a simple mathematical model is presented. A comparison between the results of proposed method herein with FE analyses shows the average error especially in thick column flange is significantly reduced which demonstrates the accuracy, efficiency, and simplicity of the proposed model.
Hameed, R.;Hasnain, K.;Riaz, M. Rizwan;Khan, Qasim S.;Siddiqi, Zahid A.
Advances in concrete construction
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v.9
no.2
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pp.195-205
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2020
In this study, effect of recycled aggregates and polypropylene fibers on the response of conventionally reinforced concrete element subjected to tensile loading in terms of tension stiffening and strain development was experimentally investigated. For this purpose, concrete prisms of 100 × 100 mm cross section and 500 mm length having one central deformed steel re-bar were cast using fibrous and non-fibrous Recycled Aggregate Concrete (RAC) with varying percentages of recycled aggregates (0%, 25%, 50%, 75% and 100%) and tested under uniaxial tensile load. For all fibrous RAC mixes, polypropylene fibers were used at constant dosage of 3.15 kg/㎥. Effect of recycled aggregates and fibers on the compressive strength of concrete was also explored in this study. Through studying tensile load versus global axial deformation of composite and strain development in concrete and steel, it was found that replacement of natural aggregates with recycled aggregates in concrete negatively affected the cracking load, tension stiffening and strain development, and this negative effect was observed to be increased with increasing contents of recycled aggregates in concrete. The results of this study showed that it was possible to minimize the negative effect of recycled aggregates in concrete by the addition of polypropylene fibers. Reinforced concrete element constructed using concrete containing 50% recycled aggregates and polypropylene fibers exhibited cracking behavior, tension stiffening and strain development response almost similar to that of concrete element constructed using natural aggregate concrete without fiber.
The aim of the current study is to develop a nonlinear isoparametric layered frame finite element (FE) analysis of FRP strengthened reinforced concrete (RC) beam or column members by a force-based FE formulation. In sections, concrete is modeled in the triaxial stress-strain relationship state and the FRP sheet is modeled as layered composite materials in two-dimension. The element stiffness matrix derived by the force-based FE has the force-interpolation functions without assuming the displacement shape functions. A lateral load test of RC column strengthened by GFRP sheets was analyzed by the developed force-based FE model. From comparative studies of the experimental and analysis results, it was shown to compare with the stiffness FE method that the force-based FE analysis could give more accurate predictions in the overall lateral load-deflection response as well as in nonlinear deformations and damages in the column plastic hinge region.
The paper makes the experimental and finite-element-analysis investigation on the seismic behavior of the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam under low cyclic reversed loading. Two specimens are designed and conducted for the experiment to study the seismic behavior of the rebar-penetrated joint under cyclic loading. Then, finite element analysis models of the rebar-penetrated joint are developed using ABAQUS 6.10 to serve as the complement of the experiment and further analyze the seismic behavior of the rebar-penetrated joint. Finite element analysis models are also verified by the experimental results. Finally, the hysteretic performance, the bearing capacity, the strength degradation, the rigidity degradation, the ductility and the energy dissipation of the rebar-penetrated joint are evaluated in detail to investigate the seismic behavior of the rebar-penetrated joint through experimental results and finite element analysis results. The research demonstrates that the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam, with full and spindle-shaped load-displacement hysteretic curves, shows generally the high ductility and the outstanding energy-dissipation capacity. As a result, the rebar-penetrated joint exhibits the excellent seismic performance and meets the earthquake-resistant requirements of the codes in China. The research provides some references and suggestions for the application of the rebar-penetrated joint in the projects.
The growing use of unprotected or partially protected steelwork in buildings has caused a lively debate regarding the safety of this form of construction. A good deal of recent research has indicated that steel members have a substantial inherent ability to resist fire so that additional fire protection can be either reduced or eliminated completely. A performance based philosophy also extends the study into the effect of structural continuity and the performance of the whole structural totality. As part of the structural system, thermal expansion during the heating phase or contraction during the cooling phase in most beams is likely to be restrained by adjacent parts of the whole system or sub-frame assembly due to compartmentation. This has not been properly addressed before. This paper describes an experimental programme in which unprotected steel beams were tested under load while it is restrained between two columns and additional horizontal restraints with particular concern on the effect of catenary action in the beams when subjected to large deflection at very high temperature. This paper also presents a three-dimensional mathematical modelling, based on the finite element method, of the series of fire tests on the part-frame. The complete analysis starts with an evaluation of temperature distribution in the structure at various time levels. It is followed by a detail 3-D finite element analysis on its structural response as a result of the changing temperature distribution. The principal part of the analysis makes use of an existing finite element package FEAST. The effect of columns being fire-protected and the beam being axially restrained has been modelled adequately in terms of their thermal and structural responses. The consequence of the beam being restrained is that the axial force in the restrained beam starts as a compression, which increases gradually up to a point when the material has deteriorated to such a level that the beam deflects excessively. The axial compression force drops rapidly and changes into a tension force leading to a catenary action, which slows down the beam deflection from running away. Design engineers will be benefited with the consideration of the catenary action.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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