Acharya, Raju;Han, Jie;Parsons, Robert L.;Brennan, James J.
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.5
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pp.625-638
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2016
This paper presents field study and numerical modeling results for a single-cell low-fill concrete box culvert under a flexible pavement subjected to traffic loading. The culvert in the field test was instrumented with displacement transducers to capture the deformations resulting from different combinations of static and traffic loads. A low-boy truck with a known axle configuration and loads was used to apply seven static load combinations and traffic loads at different speeds. Deflections under the culvert roof were measured during loading. Soil and pavement samples were obtained by drilling operation on the test site. The properties of the soil and pavement layers were determined in the laboratory. A 3-D numerical model of the culvert was developed using a finite difference program FLAC3D. Linear elastic models were used for the pavement layers and soil. The numerical results with the material properties determined in the laboratory were compared with the field test results. The observed deflections in the field test were generally smaller under moving loads than static loads. The maximum deflections measured during the static and traffic loads were 0.6 mm and 0.41 mm respectively. The deflections computed by the numerical method were in good agreement with those observed in the field test. The deflection profiles obtained from the field test and the numerical simulation suggest that the traffic load acted more like a concentrated load distributed over a limited area on the culvert. Elastic models for culverts, pavement layers, and surrounding soil are appropriate for numerical modeling of box culverts under loading for load rating purposes.
Large deflection dynamic responses of laminated composite cylindrical shells under impact are analyzed by the geometrically nonlinear finite element method based on a generalized Sander's shell theory with the first order transverse shear deformation and the von-Karman large deflection assumption. A modified indentation law with inelastic indentation is employed for the contact force. The nonlinear finite element equations of motion of shell and an impactor along with the contact laws are solved numerically using Newmark's time marching integration scheme in conjunction with Akay type successive iteration in each step. The ply failure region of the laminated shell is estimated using the Tsai- Wu quadratic interaction criteria. Numerical results, including the contact force histories, deflections and strains are presented and compared with the ones by linear analysis. The effect of the radius of curvature on the composite shell behaviors is investigated and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1881-1886
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2001
A numerical method for actuating performance evaluation of LIPCA proposed using a finite element method. Fully coupled formulations for piezo-electric materials were introduced and 3-dimensional eight-node incompatible element was used. After verifying the developed code with typical examples, the center deflections of LIPCA were calculated and compared with the experimental result, which were in fairly agreement.
Al-Maliki, Ammar F.H.;Ahmed, Ridha A.;Moustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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v.5
no.2
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pp.177-193
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2020
In the present research, dynamic analysis of functionally graded (FG) graphene-reinforced beams under thermal loading has been carried out based on finite element approach. The presented formulation is based on a higher order refined beam element accounting for shear deformations. The graphene-reinforced beam is exposed to transverse periodic mechanical loading. Graphene platelets have three types of dispersion within the structure including uniform-type, linear-type and nonlinear-type. Convergences and validation studies of derived results from finite element approach are also presented. This research shows that the resonance behavior of a nanocomposite beam can be controlled by the GPL content and dispersions. Therefore, it is showed that the dynamical deflections are notably influenced by GPL weight fractions, types of GPL distributions, temperature changes, elastic foundation and harmonic load excitation frequency.
The response of a reinforced concrete structure to loading is both immediate and time-dependent. Under a sustained load, the deflections caused by creep and shrinkage may be several times their instantaneous values. The paper describes a general finite element procedure, based on the so-called layered model, to analyse reinforced concrete members, and shows in particular how the simple Step by Step Method may be incorporated into this procedure. By invoking the Modified Newton Raphson Method as a solution procedure, the accuracy of the finite element method is verified against independent test results, and then applied to a variety of problems in order to demonstrate its efficacy. The method forms a general method for analysing highly indeterminate concrete structures in the time domain.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.2
no.1
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pp.3-14
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1978
The authors have developed a calculating method of propeller shaft alignment by the finite element method. The propeller shaft is divided into finite elements which can be treated as uniform section bars. For each element, the nodal point equation is derived from the stiffness matrix, the external force vector and the section force vector. Then the overall nodal point equation is derived from the element nodal point equation. The deflection, offset, bending moment and shearing force of each nodal point are calculated from the overall nodal point equation by the digital computer. Reactions and deflections of supporting points of straight shaft are calculated and also the reaction influence number is derived. With the reaction influence number the optimum alignment condition that satisfies all conditions is calculated by the simplex method of linear programming. All results of calculation are compared with those of Det norske Veritas, which has developed a computor program based on the three-moment theorem of the strength of materials. The authors finite element method has shown good results and will be used effectively to design the propeller shaft alignment.
Moreno, Julian A.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.;Miranda, Marcela P.;Reginato, Lucas H.
Computers and Concrete
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v.24
no.4
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pp.379-397
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2019
Steel-concrete composite beams are widely employed in constructions and their performance at the serviceability stage is of concern among practitioners and design regulations. In this context, an accurate evaluation of long-term deflections via various rheological concrete models is needed. In this work, the performance and predict capability of some concrete creep and shrinkage models ACI, CEB, B3, FIB and GL2000 are ascertained, and compared by using statistical bias indicators. Ten steel-concrete composite beams with existing experimental and numerical results are then modeled for this purpose. The proposed modeling technique uses the finite element method, where the concrete slab and steel beam are modeled with shell finite elements. Concrete is considered as an aging viscoelastic material and cracking is treated with the common smeared approach. The results show that when the experimental ultimate shrinkage strain is used for calibration, all studied rheological models predict nearly similar deflections, which agree with the experimental data. In contrast, significance differences are encountered for some models, when none calibration is made prior to. A value between twenty and thirty times the cracking strain is recommended for the ultimate tensile strain in the tension stiffening model. Also, increasing the relative humidity and decreasing the ambient temperature can lead to a substantial reduction of slab cracking for beams under negative flexure. Finally, there is not a unique rheological model that clearly excels in all scenarios.
In this paper, a two-layer partial interaction composite beams model considering the higher order shear deformation of sub-elements is built. Then, the governing differential equations and boundary conditions for static analysis of linear elastic higher order composite beams are formulated by means of principle of minimum potential energy. Subsequently, analytical solutions for cantilever composite beams subjected to uniform load are presented by Laplace transform technique. As a comparison, FEM for this problem is also developed, and the results of the proposed FE program are in good agreement with the analytical ones which demonstrates the reliability of the presented exact and finite element methods. Finally, parametric studies are performed to investigate the influences of parameters including rigidity of shear connectors, ratio of shear modulus and slenderness ratio, on deflections of cantilever composite beams, internal forces and stresses. It is revealed that the interfacial slip has a major effect on the deflection, the distribution of internal forces and the stresses.
A new system of equations governing the nonlinear thin laminated plates with large deflections using von Karman equations is derived. The effects of transverse shear in the thin interlayer are included as part of the analysis. The finite difference method is used to perform the geometrically nonlinear behavior of the plate. The resultant equations permit the analysis of the effect of transverse shear stress deformation on the overall behavior of the interlayer using the load incremental method. For the purpose of feasibility and validity of this present method, the numerical results are compared with other available solutions for accuracy as well as efficiency. The solution techniques have been implemented and the numerical results of example problem are discussed and evaluated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.2982-2994
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1993
Low-velocity impact responses of composite laminates are investigated using the finite element method based on various theories. In two-dimensional nonlinear analysis, a displacement field considering higher order shear deformation and large deflection of the laminate is assumed and a finite element formulation is developed using a C$^{o}$-continuous 9-node plate element. Also, three-dimensional linear analysis based on the infinitesimal strain-displacement assumptions is performed using 8-node brick elements with incompatible modes. A modified Hertzian contact law is incorporated into the finite element program to evaluate the impact force. In the time integration, the Newmark constant acceleration algorithm is used in conjuction with successive iterations within each time step. Numerical results from static analysis as well as the impact response analysis are presented including impact force histories, deflections, strains in the laminate. Impact responses according to two typical low-velocity impact conditions are compared each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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