There are two types of nonlinear analysis methods for building frameworks depending on the method of modeling the plastification of members including lumped plasticity and distributed plasticity. The lumped plasticity method assumes that plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements. The distributed plasticity method discretizes the structural members into many line segments, and further subdivides the cross-section of each segment into a number of finite elements. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread form the joint interface resulting in a curvature distribution. The program IDARC includes a spread plasticity formulation to capture the variation of the section flexibility, and combine them to determine the element stiffness matrix. In this formulation, the flexibility distribution in the structural elements is assumed to be the linear. The main objective of this study is to evaluate the accuracy of linear flexibility distribution assumed in the spread inelasticity model. For this purpose, nonlinear analysis of two reinforced concrete frames is carried out and the linear flexibility models used in the elements are compared with the real ones. It is shown that the linear flexibility distribution is incorrect assumption in cases of significant gravity load effects and can be lead to incorrect nonlinear responses in some situations.
The present paper is concerned with the design of a proper patch actuator network in order to track a desired displacement of the sidewalls of a one-storey frame structure; both, for the static and the dynamic case. Weights for each patch of the actuator network found in our previous work were based on beam theory; in the present paper a refinement of these weights by modeling the sidewalls of the frame structure as thin plates is presented. For the sake of calculating the refined weights approximate solutions of the plate equations are calculated by an extended Galerkin method. The solutions based on the analytical plate model are compared with three-dimensional Finite Element results computed in the commercially available code ANSYS. The patch actuator network is put into practice by means of four piezoelectric patches attached to each of the two sidewalls of the frame structures, to which electric voltages proportional to the analytically refined patch weights are applied. Analytical and numerical results coincide very well over a broad frequency range.
In this paper, time-continuous constitutive equations for strain rate-dependent materials are presented first, among which those for the overstress and the consistency viscoplastic models are considered. By allowing the stress states to be outside the yield surface, the overstress viscoplastic model directly defines the flow rule for viscoplastic strain rate. In comparison, a rate-dependent yield surface is defined in the consistency viscoplastic model, so that the standard Kuhn-Tucker loading/unloading condition still remains true for rate-dependent plasticity. Based on the formulation of the consistency viscoplasticity, a computational elasto-viscoplastic constitutive model is proposed for the short fiber-reinforced fresh cementitious paste for extrusion purpose. The proposed constitutive model adopts the von-Mises yield criterion, the associated flow rule and nonlinear strain rate-hardening law. It is found that the predicted flow stresses of the extrudable fresh cementitious paste agree well with experimental results. The rate-form constitutive equations are then integrated into an incremental formulation, which is implemented into a numerical framework based on ANSYS/LS-DYNA finite element code. Then, a series of upsetting and ram extrusion processes are simulated. It is found that the predicted forming load-time data are in good agreement with experimental results, suggesting that the proposed constitutive model could describe the elasto-viscoplastic behavior of the short fiber-reinforced extrudable fresh cementitious paste.
This paper focuses on the design of a flux-biased rotary electromagnetic actuator with compact structure for fast steering mirror (FSM). The actuator has high force density and its torque output shows linear dependence on both excitation current and rotation angle. Benefiting from a new electromagnetic topology, no additional axial force is generated and an armature with small moment of inertia is achieved. To improve modeling accuracy, the actuator is modeled with flux leakage taken into account. In order to achieve an FSM with good performance, a design methodology is presented. The methodology aims to achieve a balance between torque output, torque density and required coil magnetomotive force. By using the design methodology, the actuator which will be used to drive our FSM is achieved. The finite element simulation results validate the design results, along with the concept design, magnetic analysis and torque output model.
In this study, the efficiencies for both the angular aligned and unaligned positions of the receiver and transmitter coils of wireless power transfer (WPT) systems are examined. Some parameters of the equivalent circuit were calculated with Maxwell 3D software. The analytical solution of the circuit was calculated in MATLAB program through the composition of the system's mathematical modeling. The numerical solution of the system, however, was calculated using PSIM, which is circuit simulation software. In addition, with the use of the finite element method (FEM) in Maxwell 3D software, transient analysis of the three-dimensional system was performed. The efficiency of the system was estimated through the calculation of input and output power. The results demonstrated that power was efficiently transmitted to a certain extent in aligned and unaligned positions. The results also revealed that, for aligned positions, high efficiency with air gaps of 15-20 cm can be obtained and that the efficiency quickly dropped with air gaps of more than 20 cm. For spatially unaligned positions, it was observed that wireless power transfer could be realized with high efficiency with air gaps of up to 10 cm and that efficiency quickly dropped with air gaps of more than 10 cm.
In this paper, numerical and experimental assessments have been conducted in order to investigate the capability of using CFRP for the seismic capacity improvement and relocation of plastic hinge in reinforced concrete connections. Two scaled down exterior reinforced concrete beam to column connections have been used. These two connections from a strengthened moment frame have been tested under uniformly distributed load before and after optimization. The results of experimental tests have been used to verify the accuracy of numerical modeling using computational ABAQUS software. Application of FRP plate on the web of the beam in connections to improve its capacity is of interest in this paper. Several parametric studies were carried out for CFRP reinforced samples, with different lengths and thicknesses in order to relocate the plastic hinge away from the face of the column.
Fatehi, Mohammad Reza;Ghanbarzadeh, Afshin;Moradi, Shapour;Hajnayeb, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.5
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pp.549-561
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2018
Sobol method is applied as a powerful variance decomposition technique in the field of global sensitivity analysis (GSA). The paper is devoted to increase convergence speed of the extracted Sobol indices using a new proposed sampling technique called genetic based Latine hypercube sampling (GBLHS). This technique is indeed an improved version of restricted Latine hypercube sampling (LHS) and the optimization algorithm is inspired from genetic algorithm in a new approach. The new approach is based on the optimization of minimax value of LHS arrays using manipulation of array indices as chromosomes in genetic algorithm. The improved Sobol method is implemented to perform factor prioritization and fixing of an uncertain comprehensive high speed rotor-bearing system. The finite element method is employed for rotor-bearing modeling by considering Eshleman-Eubanks assumption and interaction of axial force on the rotor whirling behavior. The performance of the GBLHS technique are compared with the Monte Carlo Simulation (MCS), LHS and Optimized LHS (Minimax. criteria). Comparison of the GBLHS with other techniques demonstrates its capability for increasing convergence speed of the sensitivity indices and improving computational time of the GSA.
Passive steel dampers have shown favorable performance in last earthquakes, numerical and experimental studies. Although steel dampers are more affordable than other types of damper, they are not economically justified for ordinary buildings. Therefore, in this paper, an innovative steel damper with shear yielding mechanism is introduced, which is easy to fabricate also can be easily replaced after sever earthquakes. The main goal of implementing such a mechanism is to control the possible damage in the damper and to ensure the elastic behavior of other structural components. The numerical results indicate an enhancement of the hysteretic behavior of the concentrically braced frames utilizing the proposed damper. The proposed damper change brittle behavior of brace due to buckling to ductile behavior due to shear yielding in proposed damper. The necessary relations for the design of this damper have been presented. In addition, a model has been presented to estimate load-displacement of the damper without needing to finite element modeling.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.2
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pp.38-45
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2019
The present work suggests a numerical approach using a thermoacoustic network model for the eigenvalue calculation of thermoacoustic instability problems in an aero gas turbine combustor. The model is developed based on the conservation laws for mass, momentum, and energy between acoustic network elements with an area change. Acoustic field in a practical aero gas turbine combustor which has a complicated flow path is analyzed using the current model. The predictive capabilities of the current modeling approach are compared with the acoustic characteristics calculated using Helmholtz solver based on 3D finite element method(FEM).
Khorasani, Emad;Amini, Mehdi;Hossaini, Mohammad Farouq;Medley, Edmund
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.3
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pp.279-285
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2019
The process of slope stability analysis is one of the most important stages in design of some civil and mining projects. Bimslopes are made from bimrocks (block-in-matrix rocks) where rocky blocks are distributed in a bonded matrix of finer texture. These kind of slopes are often seen in weathered and near-surface depths. Previous studies have shown that VBP (Volumetric Block Proportion) is one of the most significant factors affecting bimrocks strength and consequently the stability of bimslopes. In this paper, the influence of block inclinations on bimslope stability have been investigated. For this purpose, 180 theoretical models have been made with various VBPs, all of them have a specified block size distribution. These bimslopes contain blocks with differing dips relative the slope inclination. Also for each kind of block inclination, 10 different blocks arrangements have been modeled. The Finite Element Method (FEM) was used to analysis the stability of these bimslopes models. The results showed the inclination of blocks has a strong impact on the Safety Factor and stability of bimslopes. When the difference in angle of dip of blocks relative to the slope angle is maximum, the Safety Factor of bimslopes tends to be a maximum compared with the matrix-only state. Furthermore, with increasing VBP of bimslopes stability increases. The graphs obtained from this study could be used for preliminary guidance in the projects design with bimslopes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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