A degenerated cylindrical shell element for modeling glass fiber reinforced plastic pipes is developed and its performance for static structural analysis under internal uniform pressure is evaluated. The element is a nine node degenerated solid shell element with reduced integration technique, addition of nonconforming displacement modes, and assumed strain method to improve convergence of analysis. Several numerical examples are solved and compared with analytical solutions and other F.E.M programs, The results show that the increment of fiber orientation in the GFRP pipes with reference to the longitudinal axis cause less radial displacements and much stiffness in the pipes. This is reasonable since the internal pressure will primarily cause hoop stresses in the ring and 90-angle ply GFRP ring carry these efficiently in pure tension.
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2011.09a
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pp.82-89
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2011
In general, a number of lifting lugs have been used in shipbuilding industry and the D-type lugs are mainly used. The aim of this paper is to increase the cycle of the use and to reduce the size of lifting lugs to introduce lightweight shackle. In this study, nonlinear elasto-plastic analysis has been performed to confirm the ultimate strength of lifting lugs. In order to evaluate the proper design-load distribution around lug eye, the contact force between lifting lug and shackle pin has been realized by gab element model. Gap element modeling and nonlinear analysis are carried out using the finite element program MSC/PATRAN & ABQUS. Additionally the ultimate strength tests were performed to verify the structural adequacy of newly designed lifting lug and to insure safety of it. The D-10, 15, 20 & 40 ton models which are mainly used in the block erection are selected in the strength test. According to the results of the analysis and strength test, the ultimate strength of the newly designed lifting lugs has been estimated to exceed 3 times of design working load.
Kerboua, Y.;Lakis, A.A.;Thomas, M.;Marcouiller, L.
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.1
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pp.91-111
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2008
This paper outlines the development of a computational model in order to analyze the dynamic behaviour of coupled fluid-structure systems such as a) liquid containers, b) a set of parallel or radial plates. In this work a hybrid fluid-solid element is developed, capable of simulating both membrane and bending effects of the plate. The structural mass and stiffness matrices are determined using exact integration of governing equations which are derived using a combination of classical plate theory and a finite element approach. The Bernoulli equation and velocity potential function are used to describe the liquid pressure applied on the solid-fluid element. An impermeability condition assures a permanent contact at the fluid-structure interface. Applications of this model are presented for both parallel and radial plates as well as fluid-filled rectangular reservoir. The effect of physical parameters on the dynamic behaviour of a coupled fluid-structure system is investigated. The results obtained using the presented approach for dynamic characteristics such as natural frequency are in agreement to those calculated using other theories and experiments.
Site effects resulting in the amplification of earthquake ground motion are strongly influenced not only by the subsurface soil conditions and structure, but also by the surface topography. Yet, over the last several decades, most studies of site-specific seismic responses in Korea have focused primarily on the seismic amplification associated with geologic and soil conditions. For example, the effects of local geology are now well established and have been incorporated into current Korean seismic design codes, whereas topographic effects have not been considered. To help address this shortcoming, two-dimensional (2D) seismic site response analyses, using finite element (FE) ground modeling with three different slope angles, were performed in order to assess the site effects of surface topography. We then compared our results, specifically peak ground acceleration (PGA) and acceleration response spectrum, to those of one-dimensional (1D) FE model analyses conducted alongside our study. Throughout much of the upper slope region, PGAs and spectral accelerations are larger in the 2D analyses than in the 1D analyses as a result of the topographic effect.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.4
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pp.9-19
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2020
An integrated finite element model composed of a boiler and its supporting steel structure for a 375-MW coal-fired power plant was developed. This study used the developed model for seismic analysis using SAP2000 software. For the complex superheaters, reheaters, economizers, and membrane walls of the boiler, which consisted of numerous tubes, a method of modeling them by the equivalent elements in the viewpoint of stiffness and/or inertia was proposed. In addition, a method of modeling for the connection between the boiler and steel structure was proposed. Many hangers that connect the boiler to the girders of a steel structure were transformed into equivalent hangers by decreasing the number. The displacements of the boiler stoppers on the buckstay and the posts of the steel structure were coupled by considering their interface condition. Static analysis under the self-loading condition for the developed integrated model was implemented, and the results of deformation indicated that the behavior of the steel members and the major components of the boiler were appropriate. In conclusion, the integrated model developed in this study can be used to evaluate the safety of the boiler and steel structure under seismic loads.
The present study investigates the non-linear soil-pile interaction using three-dimensional (3D) non-linear finite element models. The numerical models were validated by using the results of extensive pile load and shaking table tests. The pile performance in liquefiable and non-liquefiable soil has been studied by analyzing the liquefaction ratio, pile lateral displacement (LD), pile bending moment (BM), and frictional resistance (FR) results. The pile models have been developed for the different ground conditions. The study reveals that the results obtained during the pile load test and shaking cycles have good agreement with the predicted pile and soil response. The soil density, peak ground acceleration (PGA), slenderness ratio (L/D), and soil condition (i.e., dry and saturated) are considered during modeling. Four ground motions are used for the non-linear time history analyses. Consequently, design charts are proposed depended on the analysis results to be used for design practice. Eleven models have been used to validate the capability of these charts to capture the soil-pile response under different seismic intensities. The results of the present study demonstrate that L/D ratio slightly affects the lateral displacement when compared with other parameters. Also, it has been observed that the increasing in PGA and decreasing L/D decreases the excess pore water pressure ratio; i.e., increasing PGA from 0.1 g to 0.82 g of loose sand model, decrease the liquefaction ratio by about 50%, and increasing L/D from 15 to 75 of the similar models (under Kobe earthquake), increase this ratio by about 30%. This study reveals that the lateral displacement increases nonlinearly under both dry and saturated conditions as the PGA increases. Similarly, it is observed that the BM increases under both dry and saturated states as the L/D ratio increases. Regarding the acceleration histories, the pile BM was reduced by reducing the acceleration intensity. Hence, the pile BM decreased to about 31% when the applied ground motion switched from Kobe (PGA=0.82 g) to Ali Algharbi (PGA=0.10 g). This study reveals that the soil conditions affect the relationship pattern between the FR and the PGA. Also, this research could be helpful in understanding the threat of earthquakes in different ground characteristics.
The application of geophysical survey methods need to be integrated to meet the increasing demands of imaging of the subsurface in the practical application of civil engineering, underground water survey and environmental problems. This paper examines the IP survey which can be surveyed simultaneously with DC resistivity survey. In this study, 3-D IP modeling algorithm was developed. The 3-D IP modeling algorithm was based on 3-D resistivity modeling by finite-element method. The result of 3-D modeling was compared with 2-dimensional modeling result. The result showed that the 3-D modeling algorithm developed in this study was accurate. Finally, the 3-D modeling algorithm developed in this paper will be useful for the study of IP data.
Using natural electromagnetic (EM) fields at low frequencies, magnetotelluric (MT) surveys can investigate conductivity structures of the deep subsurface and thus are used to explore geothermal energy resources and investigate proper sites for not only geological $CO_2$ sequestration but also enhanced geothermal system (EGS). Moreover, marine MT data can be used for better interpretation of marine controlled-source EM data. In the interpretation of MT data, MT modeling schemes are important. This study improves a three dimensional (3D) MT modeling algorithm which uses edge finite elements. The algorithm computes magnetic fields by solving an integral form of Faraday's law of induction based on a finite difference (FD) strategy. However, the FD strategy limits the algorithm in computing vertical magnetic fields for a topographic model. The improved algorithm solves the differential form of Faraday's law of induction by making derivatives of electric fields, which are represented as a sum of basis functions multiplied by corresponding weightings. In numerical tests, vertical magnetic fields for topographic models using the improved algorithm overcome the limitation of the old algorithm. This study recomputes induction vectors and tippers for a 3D hill and valley model which were used for computation of the responses using the old algorithm.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.349-357
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2019
Finite element method (FEM) is utilized in the development of products to realistically analyze and predict the mechanical behavior of materials in various fields. However, the approach based on the numerical analysis of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites, for which the fiber orientation and strain rate affect the mechanical properties, has proven to be challenging. The purpose of this study is to define and evaluate the mechanical properties of glass fiber reinforced plastic composites using the numerical analysis models of Digimat, a linear, nonlinear multi-scale modeling program for various composite materials such as polymers, rubber, metal, etc. In addition, the aim is to predict the behavior of realistic polymeric composites. In this regard, the tensile properties according to the fiber orientation and strain rate of polybutylene terephthalate (PBT) with short fiber weight fractions of 30wt% among various polymers were investigated using references. Information on the fiber orientation was calculated based on injection analysis using Moldflow software, and was utilized in the finite element model for tensile specimens via a mapping process. LS-Dyna, an explicit commercial finite element code, was used for coupled analysis using Digimat to study the tensile properties of composites according to the fiber orientation and strain rate of glass fibers. In addition, the drawbacks and advantages of LS-DYNA's various anisotropic material models were compared and evaluated for the analysis of glass fiber reinforced plastic composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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