Sharif, Alfarabi M.;Assi, Nizar A.;Al-Osta, Mohammed A.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.321-332
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2020
The loss of composite action at the hogging moment zone for a continuous composite girder reduces the girder stiffness and strength. This paper presents an experimental investigation of the use of an ultra-high performance concrete (UHPC) slab at the hogging moment zone and a normal concrete (NC) slab at the sagging moment zone. The testing was conducted to verify the level of loading at which composite action is maintained at the hogging moment zone. Four two-span continuous composite girders were tested. The thickness of the UHPC varied between a half and a full depth of slab. The degree of shear connection at the hogging moment zone varied between full and partial. The experimental results confirmed the effectiveness of the UHPC slab to enhance the girder stiffness and maintain the composite action at the hogging moment zone at a load level much higher than the upper service load limit. To a lesser degree enhanced performance was also noted for the smaller thickness of the UHPC slab and partial shear connection at the hogging moment zone. Plastic analysis was conducted to evaluate the ultimate capacity of the girder which yielded a conservative estimation. Finite element (FE) modeling evaluated the girder performance numerically and yielded satisfactory results. The results indicated that composite action at the hogging moment zone is maintained for the degree of shear connection taken as 50% of the full composite action and use of UHPC as half depth of slab thickness.
Ghatefar, Amir;ElSalakawy, Ehab;Bassuoni, Mohamed T.
Computers and Concrete
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v.20
no.2
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pp.215-227
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2017
A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.
When reinforced concrete structures are subjected to strong seismic forces, their beam-column connections are very susceptible to be damaged during the earthquake event. Consequently, structural designers try to fit an important quantity of steel reinforcement inside the connection, complicating its construction without a clear justification for this. The aim of this work is to evaluate -and demonstrate- numerically how the quantity and the array of the internal steel reinforcement influences on the nonlinear response of the RC beam-column connection. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. The nonlinear response of the RC beam-column connection is evaluated taking into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: a damage model is used for concrete; a classical plasticity model is adopted for steel reinforcement; the steel-concrete bonding is considered perfect without degradation. At the end, the experimental responses obtained in the tests are compared to the numerical results, as well as the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection, which are analyzed for a low and high state of confinement.
Utilizing composite members in structures has been considered by many researchers in the past few decades. Using FRP can be very effective owing to its excessively high-tensile strength, which compensate concrete weak performance in tension. In this research, the studied composite beam includes a GFRP semi-confined trapezoidal section covered by GFRP and concrete layers. To assess the bearing capacity, a finite-element model of a composite beam subjected to displacement control loading has been developed and the results were validated using experimental results found throughout the literature. Several parameters affecting the bending performance and behavior of the semi-confined beam have been investigated in this study. Some of these parameters included the thickness of GFRP trapezoidal section members, concrete layer thickness, GFRP layer thickness and the confinement degree of the beam. The results revealed that the beam confinement had the highest effect on the bearing capacity due to prevention of separation of concrete from GFRP which causes the failure of the beam. From the results obtained, an optimal model of primary beam section has been introduced, which provides a higher bearing capacity with the same volume of materials used in the original beam section.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.1
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pp.98-105
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2010
Squeal, a kind of self-excited vibration, is generated by the friction between the disc and the friction materials. It occurs at the ending stage of the braking process, and radiates and audible frequency range of 1 kHz to 10 kHz. Squeal is generated from unstability because of the coupling between the translation and rotation of the system. This instability is caused by the follower force and follower force is normal component of the friction force. In this paper modal analysis of wheel brake system was performed in order to predict the squeal phenomenon. It was shown that the prediction of system instability is possible by FEM. A finite element model of that brake system was made. Some parts of a real brake was selected and modeled. Modal analysis method performs analyses of each brake system component. Experimental modal analysis was performed for each brake components and experimental results were compared with analytical results from FEM. To predict the dynamic unstability of a whole system, the complex eigenvalue analysis for assembly modeling of components confirmed by modal analysis is performed. The finite element models of the disk brake assembly have been constructed, and the squeal noise problems have been solved by complex eigenvalue analysis. The complex eigenvalue analysis results compared with real train test.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.5
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pp.384-390
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2005
In the numerical analysis of En (eddy current testing) using 3-dimensional FEM (finite element method), MVP (magnetic vector potential) and electric scalar potential are used as variables in conductor region. Three dimensional modeling makes number of unknowns increase, and the degree of freedom of variables also makes number of unknowns increase. Because of this reason, modified UP is used to reduce the number of unknowns. Gauge condition is enforced artificially on existing FEM formulations to insure the uniqueness of MVP. So in this paper the effects of these FEM formulation procedures on ECT are investigated and the appropriate FEM formulation is suggested for accurate ECT simulation.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2002.04a
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pp.357-362
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2002
Most of battery industries are growing explosively as a core strategy industry for the development of the semi-conductor, the LCD, and the mobile communication device. In this thesis, dynamic characteristics of the steel can labeling machine on the automatic cell assembly line are studied. Dynamic characteristic analysis consists of dynamic behavior analysis and finite element analysis and is necessary for effective design of machines. In the dynamic behavior analysis, the displacement, velocity, applied force and angular velocity of each components are simulated according to each part. In the FEA, stress analysis, mode analysis, and frequency analysis are performed for each part. The results of these simulations are used for the design specification investigation and compensation for optimal design of cell manufacturing line. Therefore, Virtual Engineering of the steel can labeling machine on the automatic cell assembly line systems are modeled and simulated. 3D motion behavior is visualized under real-operating condition on the computer window. Virtual Prototype make it possible to save time by identifying design problems early in development, cut cost by reducing making hardware prototype, and improve quality by quickly optimizing full-system performance. As the first step of CAE which integrates design, dynamic modeling using ADAMS and FEM analysis using NASTRAN are developed.
This study is aimed at the development of a comprehensive web-based partial differential equation solver (WPDES) using multidimensional finite element method, which can be operated on the basis of world wide web. Overall issues of engineering and environmental information management and facility control could be implemented using this solver. This paper describes the development technique of the model, which is first part on development of partial differential equation solver. Conventional commercial general solver of computational fluid dynamics problems were investigated. All the relevant environmental models were analyzed to develop integrated environmental management system using WPDES. The governing equations and the parameters of investigated models were analyzed and integrated. Several numerical modules were invented for each partial differential term in partial differential equation of many related modeling problems. Each module was coded in the fashion of object oriented method, and was combined independently for the overall governing equation. WPDES has unique characteristic, which can analyze the problem through the suitable combination of modules without development of additional models for each environment problem with different governing equation, main variables, and parameters.
The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.727-730
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2002
Most of battery industries are growing explosively as a core strategy industry for the development of the semi-conductor, the LCD, and the mobile communication device. Dynamic characteristic analysis consists of dynamic behavior analysis and finite element analysis and is necessary for effective design of machines. In the dynamic behavior analysis, the displacement, velocity, applied force and angular velocity of each components are simulated according to each part. In the FEA, stress analysis, mode analysis, and frequency analysis are performed far each part. The results of these simulations are used for the design specification investigation and compensation for optimal design of cell manufacturing line. Virtual Engineering of the separator inserting machine on the automatic cell assembly line systems are modeled and simulated. 3D motion behavior is visualized under real-operating condition on the computer window. Virtual Prototype make it possible to save time by identifying design problems early in development, cut cost by reducing making hardware prototype, and improve quality by quickly optimizing full-system performance. As the first step of CAE which integrates design, dynamic modeling using ADAMS and FEM analysis using NASTRAN are developed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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