In this study, a sensitivity analysis was carried out by using numerical analysis under the consideration that it is difficult to analyze the behavior of real piled raft foundations on different ground conditions through a real scale test. The program used for numerical analysis is FLAC 3D based on the finite difference method. Piles were modelled by using pile element that is one of the structure elements of FLAC 3D and the ground and raft were modelled by using continuum element. With a fixed pile arrangement of $3{\times}3$, the diameter, length, space of piles, and ground conditions were selected as sensitivity parameters and their mutual correlation were investigated. As a result, the bigger and longer pile diameter, length and pile space are, the bigger the bearing capacity of the piled raft becomes. When pile space exceeded a specific value, however, the piled raft foundation behaved like a shallow foundation supported by only a raft. Also it can be confirmed that the better ground conditions are, the more total bearing capacity of the piled raft foundation increases.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1988.06c
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pp.3-67
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1988
Model studies on the response of homgeneous earth embankment dams subjected to strike-slip fault movement have been penomed via centrifuge and finite element analysis. The centrifuge model tests have shown that crack development in earth embankment experiences two major patters: shear failure deep inside the embankment and tension failure near the surface. The shear rupture zone develops from the base level and propagates upward continuously in the transverse direction but allows no open leakage chnnel. The open tensile cracks develop near the surface of the embankment, but they disappear deep in the embankment. The functional relationship has been developed based on the results of the centrifuge model tests incorporating tile variables of amount of fault movement, embankment geometry, and crack propagation extent in earth des. This set of information can be used as a guide line to evaluate a "transient" safety of the duaged embankment subjected to strike-slip fault movement. The finite element analysis has supplemented the additional expluations on crack development behavior identified from the results of the centrifuge model tests. The bounding surface time-independent plasticity soil model was employed in the numerical analysis. Due to the assumption of continuum in the current version of the 3-D FEM code, the prediction of the soil structure response beyond the failure condition was not quantitatively accurate. However, the fundamental mechanism of crack development was qualitatively evaluated based on the stress analysis for the deformed soil elements of the damaged earth embankment. The tensile failure zone is identified when the minor principal stress of the deformed soil elements less than zero. The shear failure zone is identified when the stress state of the deformed soil elements is at the point where the critical state line intersects the bounding surface.g surface.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.3
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pp.25-37
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1992
A nonlinear finite element formulation which has the capability of handling very large geometrical changes is presented. The formulation is based on an updated material reference frame and hence true stress-strain test can be directly applied to properly characterize properties of materials which are subjected to very large deformation. For the large deformation, a consistent formulation based on the continuum mechanics approach is derived. The kinematics is referred to an updated material frame. Body equilibrium is also established in an updated geometry and the second Piola-Kirchhoff stress and the updated Lagrangian strain tensor are used in the formulation. Numerical examples for very large deformation of framed structures and plane solids are analyzed for verification purposes. The numerical solutions are obtained by an incremental numerical procedure. The importance of handing material properties properly is also demonstrated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.4
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pp.191-197
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2018
This paper details the development of an isotropic elastic-damage constitutive model for polymeric foam based on irreversible thermodynamics to consider the growth and coalescence of voids. The constitutive equations describe the material behavior sustaining unilateral damage. To facilitate finite element analysis, the material properties for specific types of polymeric foams are applied to the developed model; the model is then implemented in ABAQUS as a user-defined material subroutine. To validate the developed damage model, the simulated results are compared to the results of a series of tensile tests on various polymeric foams. The proposed damage model can be utilized to further research on continuum damage mechanics and finite element analysis of polymeric foams in computational engineering.
Daniel V.C. Teles;Rafael N. Cunha;Ricardo A. Picon;David L.N.F. Amorim;Yongtao Bai;Sergio P.B. Proenca;Julio Florez-Lopez
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.5
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pp.451-462
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2023
Lumped Damage Mechanics (LDM) is a theory proposed in the late eighties, which assumes that structural collapse may be analyzed as a two-phase phenomenon. In the first (pre-localization) stage, energy dissipation is a continuous process and it may be modelled by means of the classic versions of the theory of plasticity or Continuum Damage Mechanics (CDM). The second, post-localization, phase can be modelled assuming that energy dissipation is lumped in zones of zero volume: inelastic hinges, hinge lines or localization surfaces. This paper proposes a new LDM formulation for cracking in concrete structures in tension. It also describes its numerical implementation in conventional finite element programs. The results of three numerical simulations of experimental tests reported in the literature are presented. They correspond to plain and fiber-reinforced concrete specimens. A fourth simulation describes also the experimental results of a new test using the digital image correlation technique. These numerical simulations are also compared with the ones obtained using conventional Cohesive Fracture Mechanics (CFM). It is then shown that LDM conserves the advantages of both, CDM and CFM, while overcoming their drawbacks.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.409-413
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2013
In this paper, we device stress-diffusion full coupling multiscale analysis method for battery electrode simulation. In proposed method, the diffusive and mechanical properties of electrode material depend on Li concentration are estimated using density function theory(DFT) simulation. Then, stress-diffusion full coupling continuum formulation based on finite element method(FEM) is constructed with the diffusive and mechanical properties calculated from DFT simulation. Finally, silicon nanowire anode charge and discharge simulations are performed using the proposed method. Through numerical examples, the stress-diffusion full coupling method shows more resonable results than previous one way continuum analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.577-582
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2016
In this study, a multiscale method for solving a thermoelasticity problem for interphase in the polymeric nanocomposites is developed. Molecular dynamics simulation and finite element analysis were numerically combined to describe the geometrical boundaries and the local mechanical response of the interfacial region where the polymer networks were highly interacted with the nanoparticle surface. Also, the micrmechanical thermoelasticity equations were applied to the obtained equivalent continuum unit to compute the growth of interphase thickness according to the size of nanoparticles, as well as the thermal phase transition behavior at a wide range of temperatures. Accordingly, the equivalent continuum model obtained from the multiscale analysis provides a meaningful description of the thermoelastic behavior of interphase as well as its nanoparticle size effect on thermoelasticity at both below and above the glass transition temperature.
The goal of this paper is to develop a computational method to predict cancellous bone density distributions based upon continuum levels of volumetric strain. Volumetric strain is defined as the summation of normal strains, excluding shear strains, within an elastic range of loadings. Volumetric strain at a particular location in a cancellous structure changes with changes of the boundary conditions (prescribed displacements, tractions, and pressure). This change in the volumetric strain is postulated to predict the adaptive change in the bone apparent density. This bone remodeling theory based on volumetric strain is then used with the finite element method to compute the apparent density distribution for cancellous bone in both lumbar spine and proximal femur using an iterative algorithm, considering the dead zone of strain stimuli. The apparent density distribution of cancellous bone predicted by this method has the same pattern as experimental data reported in the literature (Wolff 1892, Keller et al. 1989, Cody et al. 1992). The resulting bone apparent density distributions predict Young's modulus and strength distributions throughout cancellous bone in agreement with the literature (Keller et al. 1989, Carter and Hayes 1977). The method was convergent and sensitive to changes in boundary conditions. Therefore, the computational algorithm of the present study appears to be a useful approach to predict the apparent density distribution of cancellous bone (i.e. a numerical approximation for Wolff's Law)
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.298-301
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2007
Magnesium alloy sheets have unique mechanical properties such as high in-plane anisotropy/asymmetry of yield stress and hardening response. The unusual mechanical behavior of magnesium alloys has been understood by the limited symmetry crystal structure of HCP metals or by deformation twinning. In the present study, the continuum plasticity models considering the unusual plastic behavior of magnesium alloy sheet were derived for a finite element analysis. A new hardening law based on two-surface model was developed to consider the general stress-strain response of metal sheets such as Bauschinger effect, transient behavior and the unusual asymmetry. Three deformation modes observed during the continuous tension/compression tests were mathematically formulated with simplified relations between the state of deformation and their histories. In terms of the anisotropy and asymmetry of the initial yield stress, the Drucker-Prager's pressure dependent yield surface was modified to include the anisotropy of magnesium alloys.
Liu, Yanzhi;Malaga-Chuquitaype, Christian;Elghazouli, Ahmed Y.
Steel and Composite Structures
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v.16
no.2
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pp.157-185
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2014
This paper examines the behaviour of two types of practical open beam-to-tubular column connection details subjected to combined moment, axial and/or shear loads. Detailed continuum finite element models are developed and validated against available experimental results, and extended to deal with flexural, axial and shear load interactions. A numerical investigation is then carried out on the behaviour of selected connections with different stiffness and strength characteristics under various load combination scenarios. The influence of applied levels of axial tensile or compressive loads on the bending stiffness and capacity is examined and discussed. Additionally, the interaction effects between shear forces and co-existing bending and axial loads are examined and shown to be comparatively insignificant in terms of stiffness and capacity in most cases. It is also shown that the range of connections considered in this paper can provide rotational ductility levels in excess of those required under typical design scenarios. Based on these findings, a simplified component-based representation is proposed and described, and its ability to represent the connection response under combined loading is verified using results from detailed numerical simulations.
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