With the advent of computer, the finite element method has become a most powerful numerical method for structural analysis. However, bridge designers are reluctant to use it in their designs because of its complex nature and its being time consuming in the preparation of the input data and analyzing the results. This paper describes the development of a computer based finite element model using the idea of eccentric beam elements for the analysis of slab-on-girder bridges. The proposed method is supported by a laboratory test using a reinforced concrete bridge model. Other bridge analytical schemes are also introduced and compared with the proposed method. The main aim of the comparison is to prove the effectiveness of the shell and eccentric beam modelling in the studies of lateral load distribution of slab-on-girder bridges. It is concluded that the proposed finite element method gives a closer to real idealization and its developed computer program, SHECAN, is also very simple to use. It is highly recommended to use it as an analytical tool for the design of slab-on-girder bridges.
Kyoung Chan Yoo;Ki Wan Seo;Hyun Seok Song;Yun Jae Kim
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.140-145
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2023
When performing stress analysis for a nozzle in nuclear power plants, the nozzle loads should be determined conservatively. Existing stress analysis report of 3-D nozzle loads in nuclear power plants often provide only load magnitude not the sign (direction). Since calculated stress distribution depends on load direction, determining critical load directions for conservative stress analysis is crucial. In this study, an efficient method for determining critical load directions in nozzle loads is proposed. In the proposed method, stresses are firstly calculated using elastic finite element (FE) analysis for the uni-axial load in each direction. Then stress distributions for the multi-axial loads are analytically calculated using the principle of superposition. The calculated stress values are verified by comparing with FE analysis results under multi-axial loading. By using this method, the complex task of determining conservative load directions can be simplified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1761-1771
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1993
In this paper, the design of thick laminated composite plate subjected to thermal buckling load under uniform temperature distribution is presented. In the design procedures of composite laminated plates for maximum thermal buckling load. the finite element method based on shear deformed theory is used for the analysis or laminated plates. One-demensional search method is used to find optimal fiber orientation and, in the next step, optimal thickness is investigated. Design variables such as fiber orientation and ply thicknesses coefficient of plates are adopted. The optimal design for the symmetric or antisymmetric laminated plates consisted of 4 layers with maximum thermal buckling load is performed.
This study shows functionally graded material structural topology optimization under buckling constraints. The SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) material model is used and a method of moving asymptotes is also employed to update topology design variables. In this study, the quadrilateral element is applied to compute buckling load factors. Instead of artificial density properties, functionally graded materials are newly assigned to distribute optimal topology materials depending on the buckling load factors in a given design domain. Buckling load factor formulations are derived and confirmed by the resistance of functionally graded material properties. However, buckling constraints for functionally graded material topology optimization have not been dealt with in single material. Therefore, this study aims to find the minimum compliance topology optimization and the buckling load factor in designing the structures under buckling constraints and generate the functionally graded material distribution with asymmetric stiffness properties that minimize the compliance. Numerical examples verify the superiority and reliability of the present method.
In this paper a useful method on evaluating the joint stiffness of a bolted member was introduced using optimization technique on the basis of Finite Element Method. A finite element model having one directional gap element at boundary area was introduced to compensate the prying force in jointed members which might be caused by geometrical configuration of members. Results showed a good agreement with classical method in certain range and will be available to define the appropriate design margin of pre-load design.
The size-dependent behavior of single walled carbon nanotubes (SWCNT) embedded in the elastic medium and subjected to the initial axial force is investigated using the mixed finite element method. The SWCNT is assumed to be Euler-Bernoulli beam incorporating nonlocal theory developed by Eringen. The mixed finite element model shows its great advantage of dealing with nonlocal behavior of SWCNT subjected to a concentrated load owing to the existence of two coefficients ${\alpha}_1$ and ${\alpha}_2$. This is the first numerical approach to deal with a puzzling fact of nonlocal theory with concentrated load. Numerical examples are performed to show the accuracy and efficiency of the present method. In addition, parametric study is carefully carried out to point out the influences of nonlocal effect, the elastic medium, and the initial axial force on the behavior of the carbon nanotubes.
The failure mode of a pipe due to local wall thinning is increasingly more attention in the nuclear power plant industry. To assess the integrity of locally wall thinned pipe, it is necessary to perform many simulations under various conditions. Because the modeling for locally wall thinned elbow is more complicated than that of straight pipe the efficient modeling method for finite element analysis is necessary. In this study, the more simple efficient modeling method of three-dimensional finite element analysis for locally wall thinned elbow has been suggested and verified. And using the method, the failure mode of local wall thinned elbows that have different thinning lengths and circumferential angles is evaluated. From the results, we concluded that the collapse load of elbows has been decreased by the increase of wall thinning shape factors such as thinning lengths and circumferential angles.
In order to investigate mechanical properties and load-bearing capacity of T-shaped Concrete-Filled Square Steel Tubular (TCFST) composite columns under eccentric axial load, three T-shaped composite columns were tested under eccentric compression. Experimental results show that failure mode of the columns under eccentric compression was bending buckling of the whole specimen, and mono column performs flexural buckling. Specimens behaved good ductility and load-bearing capacity. Nonlinear finite element analysis was also employed in this investigation. The failure mode, the load-displacement curve and the ultimate bearing capacity of the finite element analysis are in good agreement with the experimental ones. Based on eccentric compression test and parametric finite element analysis, the calculation formula for the equivalent slenderness ratio was proposed and the bearing capacity of TCFST composite columns under eccentric compression was calculated. Results of theoretical calculation, parametric finite element analysis and eccentric compression experiment accord well with each other, which indicates that the theoretical calculation method of the bearing capacity is advisable.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.187-192
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2020
To reduce fuel consumption by reducing the weight of the deck of a dump truck and to design an eco-friendly deck, accurate structural analysis is required. To date, the load on the deck has been calculated based on the hydrostatic pressure or by applying the earth pressure theory. However, these methods cannot be used to determine the non-uniformity of the load on the deck. Load distribution varies depending on the size distribution and interaction of aggregate particles. Compared with the finite element method, the discrete element method can simulate the behavior of aggregate particles more effectively. In this study, major properties were obtained by measuring bulk density and repose. The deck of a 15 ton dump truck was simulated using the obtained properties and bumping, breaking, and turning load conditions were applied. EDEM, which is a discrete element analysis software, was employed. The stress and strain distribution of the deck were calculated by NASTRAN and compared with the measured values. The study revealed that the results derived from a DEM simulation were more accurate than those based on mathematical assumption.
This study presents investigation of the behavior of moderately thick reinforced concrete slabs having hollow cores with different parameters. The experimental part of this investigation includes testing eight specimens of solid and hollow-core slab models having (2.05 m) length, (0.6 m) width and (25 cm) thickness under two monotonic line loads. Load versus deflection was recorded during test at mid span and under load. Numerically, the finite element method is used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using ANSYS computer program. The specimens of slab models are modeled by using (SOLID65) element to represent concrete slabs and (LINK180) element to represent the steel bars as discrete axial members between concrete nodes. The finite element analysis has showed good agreement with the experimental results with difference of (4.71%-8.68%) in ultimate loads. A parametric study have been carried out by using ANSYS program to investigate the effects of concrete compressive strength, size and shape of core, type of applied load and effect of removing top steel reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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