This paper presents the results of a numerical investigation into the behavior of retaining wall subject to cycles of wetting and drying due to rainfall. The stress-pore pressure coupled finite element modeling strategy was first established for stimulating the wall behavior. A series of finite element analyses were then performed on a range of conditions including different rainfall and backfill conditions. The results indicated that the rainfall intensity was the primary influencing factor for the wall behavior. Also revealed was that the pre-rainfall condition determines the magnitudes and the distribution of matric suction which in fact has a significant impact on the behavior of wall during a major rainfall. This result demonstrates the importance of incorporating the pre-rainfall condition for numerical modeling of walls during heavy rainfall. Practical implications of the findings from this study are discussed in great detail.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.10a
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pp.71-74
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2005
In manufacturing automotive parts, such as engine cradles, frame rails, subframes, cross-members, and other parts from circular tubes, pre-bending and pre-forming operations are often required prior to the subsequent tubular hydroforming process. During some pre-forming operations, the cross section of a bent circular tube is crushed into an oval-like shape to ensure proper geometry and sufficient clearance in the hydroforming dies. For such applications, the use of oval Instead of circular tubes could be an effective means of eliminating the pre-forming step. The oval tube could also be produced with less thinning and with less strain on the outside of the bend when controlled by a booster system without the use of mandrel. Hence, the understanding of the issues that occur in the bending of oval tubes is worthy of Investigation. This paper presents parametric studies on the bending of oval tubes without a mandrel. The finite element modeling technique is used to examine the deformation characteristics for both circular and oval tubes. In the simulations, the bending process parameters of bend radius, aspect ratio of the tube ovalness, and tube wall thickness are varied. Observations are made to obtain a hoop-buckle limit diagram in terms of a non-dimensional shape degradation factor. Suggestions based upon developed criteria are made on the acceptability of bend tubes suitable for hydroforming applications without the need ofa pre-forming step or the used of a mandrel.
Khaled A. Alawi, Al-Sodani;Muhammad Kalimur ,Rahman;Mohammed A., Al-Osta;Omar S. Baghabra, Al-Amoudi
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.403-417
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2022
Reinforced concrete (RC) structures with low-strength RC columns are rampant in several countries, especially those constructed during the early 1960s and 1970s. The weakness of these structures due to overloading or some natural disasters such as earthquakes and building age effects are some of the main reasons to collapse, particularly with the scarcity of data on the impact of aspect ratio and corner radius on the confinement effectiveness. Hence, it is crucial to investigate if these columns (with different aspect ratios) can be made safe by strengthening them with carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) sheets. Therefore, experimental and numerical studies of CFRP-strengthened low-strength reinforced concrete short rectangular, square, and circular columns were studied. In this investigation, a total of 6 columns divided into three sets were evaluated. The first set had two circular cross-sectional columns, the second set had two square cross-section columns, and the third set has two rectangular cross-section columns. Furthermore, FEM validation has been conducted for some of the experimental results obtained from the literature. The experimental results revealed that the confinement equations for RC columns as per both CSA and ACI codes could give incorrect results for low-strength concrete. The control specimen (unstrengthened ones) displayed that both ACI and CSA equations overestimate the ultimate strength of low-strength RC columns by order of extent. For strengthened columns with CFRP, the code equations of CSA and ACI code overestimate the maximum strength by around 6 to 13% and 23 to 29%, respectively, depending on the cross-section of the column (i.e., square, rectangular, or circular). Results of finite element models (FEMs) showed that increasing the layer number of new commonly CFRP type (B) from one to 3 for circular columns can increase the column's ultimate loads by around eight times compared to unjacketed columns. However, in the case of strengthened square and rectangular columns with CFRP, the increase of the ultimate loads of columns can reach up to six times and two times, respectively.
Slope failures are one of the significant disasters which causes lots of human casualties and huge financial losses every year. Previous researches on the slope failure have indicated that most accidents are closely related to the pore water pressure in the slope due to rainfall during the rainy seasons or stormy weather conditions. It would be therefore appropriate to consider the effect of pore water pressure in the design of slopes. As the existing slopes are generally reinforced by plants and other slope protecting measures, their boundary conditions are highly complicated. In this paper an attempt to develop a new modeling and analysis technique of slopes is proposed by including pore water pressure and adopting the coupled finite element method. Non-reinforced and reinforced slope models are considered. Representative analysis showed that the numerical modeling considering pore water pressure is appropriate in slope stability analysis. Flow behavior in the slopes is identified for various hydraulic boundary conditions. It is also shown that the effect of pore water pressure on slope stability is significant.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.71-82
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2022
This paper presents the effect on the inelastic behavior and structural performance of concrete and filled steel pipe through a numerical method for reliable judgment under various load conditions of the CJS composite structural system. Variable values optimized for the CJS synthetic structural system and the effects of multiple variables used for finite element analysis to present analytical modeling were compared and analyzed with experimental results. The Winfrith concrete model was used as a concrete material model that describes the confinement effect well, and the concrete structure was modeled with solid elements. Through geometric analysis of shell and solid elements, rectangular steel pipe columns and steel elements were modeled as shell elements. In addition, the slip behavior of the joint between the concrete column and the rectangular steel pipe was described using the Surface-to-Surface function. After finite element analysis modeling, simulation was performed for cyclic loading after assuming that the lower part of the foundation was a pin in the same way as in the experiment. The analysis model was verified by comparing the calculated analysis results with the experimental results, focusing on initial stiffness, maximum strength, and energy dissipation capability.
These days, cement production is increasing due to the growing world population, leading to expanded use of concrete in buildings. Yet, the production of cement significantly increases carbon emissions, putting the future of sustainable development at risk. Geopolymers are under research for their potential to reduce the impact on concrete buildings. In order to tackle this issue, the literature has yet to utilize experiments or numerical modeling to thoroughly investigate the mechanical behavior of columns made of hybrid fiber-reinforced geopolymer concrete (HFRGC) and reinforced with basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bars. This research aims to investigate and assess the mechanical performance of steel-reinforced HFRGC columns (SRHC) and BFRP-reinforced HFRGC columns (GRHC) in concentric and eccentric loading conditions through experimental testing and finite element analysis (FEA). HFRGC specimens were prepared using steel and polypropylene fibers. Twelve circular columns, six GRHC, and six SRHC specimens, were constructed with a diameter of 300 mm and a height of 1200 mm. The average axial strength (AS) of GRHC columns was found to be 92.13% of that of SRHC columns, according to the study. Under eccentric stress circumstances, both kinds of specimens showed comparable losses in AS; for example, GRHC specimens with 38 mm spiral spacing showed reductions of 39.01% and 43.12%. Good performance was shown by the suggested analytical relationships that were drawn from the experimental data. The AS of GRHC columns may be predicted using the newly established analytical and FEA models, which are well supported by this comparative analysis that takes into account the wrapping impact of lateral BFRP spirals and the axial participation of primary BFRP bars.
In this paper, an extended finite element method is proposed to analyze both geometric and material non-linear behavior of general Functionally Graded Material (FGM) plate-shell type structures. A user defined subroutine (UMAT) is developed and implemented in Abaqus/Standard to study the elastoplastic behavior of the ceramic particle-reinforced metal-matrix FGM plates-shells. The standard quadrilateral 4-nodes shell element with three rotational and three translational degrees of freedom per node, S4, is extended in the present study, to deal with elasto-plastic analysis of geometrically non-linear FGM plate-shell structures. The elastoplastic material properties are assumed to vary smoothly through the thickness of the plate-shell type structures. The nonlinear approach is based on Mori-Tanaka model to underline micromechanics and locally determine the effective FGM properties and self-consistent method of Suquet for the homogenization of the stress-field. The elasto-plastic behavior of the ceramic/metal FGM is assumed to follow Ludwik hardening law. An incremental formulation of the elasto-plastic constitutive relation is developed to predict the tangent operator. In order to to highlight the effectiveness and the accuracy of the present finite element procedure, numerical examples of geometrically non-linear elastoplastic functionally graded plates and shells are presented. The effects of the geometrical parameters and the volume fraction index on nonlinear responses are performed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.10
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pp.6673-6678
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2015
Recently, the free form buildings are constructed frequently. Exterior and interior components of these buildings have the free cross-section and a curved shape. So, There are many usages of classical finite element having tapered section and free-style shape. Some general commercial applications like ETABS, SAP2000, MIDAS are usually used for the safety evaluation of the free form structures. However, there are some limits in the accuracy of structural analysis and the length of analysis time because a very complicated finite element mesh have to be used. Therefore, In this study, a pre and post program module was developed to take advantage of general 3-D curved beam element which has a free-style curved shape and mathematical backgrounds. Pre-post processing module has been developed in this study was developed to control the curvature of the curved members by the NURBS control points. As a result, fast geometric modeling than was possible commercial applications. In addition, realistic depiction of the shape and behavior patterns were possible because of the free-form building allows visual check of the free form.
In recent years, the use of fiber reinforced polymer composites has increased because of their unique features. They have been used widely in the aircraft and space industries, medical and sporting goods and automotive industries. Thanks to their beneficial and various advantages over traditional materials such as high strength, high rigidity, low weight, corrosion resistance, low maintenance cost, aesthetic appearance and easy demountable or moveable construction. In this paper, it is aimed to determine and compare the geometrically nonlinear static and dynamic analysis results of footbridges using steel and glass fiber reinforced polymer composite (GFRP) materials. For this purpose, Halgavor suspension footbridge is selected as numerical examples. The analyses are performed using three identical footbridges, first constructed from steel, second built only with GFRP material and third made of steel- GFRP material, under static and dynamic loadings using finite element method. In the finite element modeling and analyses, SAP2000 program is used. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta criterion. The numerical results have indicated that the responses of the three bridges are different and that the response values obtained for the GFRP composite bridge are quite less compared to the steel bridge. It is understood that GFRP material is more useful than the steel for the footbridges.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.437-445
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1999
This paper presents a simple modification technique of finite element model for dynamic analysis of linear/nonlinear structural system subjected to multiple support excitation. For the sake of verification of the proposed method, dynamic responses obtained by the present technique for a couple of linear and nonlinear structural systems were compared with those by a general-purpose structural analysis software which can deal with the multi-support analysis. The method presented in this paper is expected to be used for multiple support excitation analysis by means of a computer code without the capability of modeling the non-synchronous support motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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