Ground motions recorded in near-fault sites, where the rupture propagates toward the site, are significantly different from those observed in far-fault regions. In this research, finite element modeling is used to investigate the effect of pile cap stiffness on the seismic response of soil-pile-structure systems under near-fault ground motions. The Von Wolffersdorff hypoplastic model with the intergranular strain concept is applied for modeling of granular soil (sand) and the behavior of structure is considered to be non-linear. Eight fault-normal near-field ground motion records, recorded on rock, are applied to the model. The numerical method developed is verified by comparing the results with an experimental test (shaking table test) for a soil-pile-structure system. The results, obtained from finite element modeling under near-fault ground motions, show that when the value of cap stiffness increases, the drift ratio of the structure decreases, whereas the pile relative displacement increases. Also, the residual deformations in the piles are due to the non-linear behavior of soil around the piles.
K. J. Kim;H. J. Kim;S. C. Yoon;J. S. Hyun;G. J. Shin;J. H. Park;M. G. Lee
Transactions of Materials Processing
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v.32
no.5
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pp.287-293
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2023
This study aims to develop a computational framework based on the finite element method for modeling the hydrogen embrittlement in martensitic steel. The hydrogen embrittlement is a well-known phenomenon, in which the hydrogen penetrates into the surface, flows through the microstructure and finally leads to pre-mature fracture under external or internal stresses. The current numerical model takes into account the effect of hydrogen on the plasticity and failure behavior of martensitic steel under various stress states. This allows for the construction of a failure criterion that accounts for conventional stress states and hydrogen concentration. The developed model is capable of simulating hydrogen diffusion through the lattice based on the distribution of hydrostatic stress. Additionally, it can calculate the hydrogen concentration in trapped sites, such as dislocations, using a local equilibrium assumption, often referred to as Oriani's equilibrium. The developed model parameters are identified through the tensile tests with and without hydrogen environment, and the performance of model can be validated by analyzing fractured automotive part in the hydrogen environment.
Md. Akter Hosen;Khalid Ahmed Al Kaaf;A.B.M. Saiful Islam;Mohd Zamin Jumaat;Zaheer Abbas Kazmi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.67-81
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2023
The reinforced concrete (RC) structures might need strengthening or upgradation due to adverse environmental conditions, design defects, modification requirements, and to prolong the expected lifespan. The RC beams have been efficiently strengthened using the near surface mounted (NSM) approach over the externally bonded reinforcing (EBR) system. In this study, the performance of RC beam elements strengthened with NSM-steel rebars was investigated using an experimental program and nonlinear finite element modeling (FEM). Nine medium-sized, rectangular cross-section RC beams total in number made up for the experimental evaluation. The beams strengthened with varying percentages of NSM reinforcement, and the number of grooves was assessed in four-point bending experiments up to failure. Based on the experimental evaluation, the load-displacement response, crack features, and failure modes of the strengthened beams were recorded and considered. According to the experimental findings, NSM steel greatly improved the flexural strength (up to about 84%) and stiffness of RC beams. The flexural response of the tested beams was simulated using a 3D non-linear finite element (FE) model. The findings of the experiments and the numerical analysis showed good agreement. The effect of the NSM groove and reinforcement on the structural response was then assessed parametrically.
In this paper, we discuss a reduced-order modeling for the Benjamin-Bona-Mahony-Burgers (BBMB) equation and its application to a distributed feedback control problem through the centroidal Voronoi tessellation (CVT). Spatial distcritization to the BBMB equation is based on the finite element method (FEM) using B-spline functions. To determine the basis elements for the approximating subspaces, we elucidate the CVT approaches to reduced-order bases with snapshots. For the purpose of comparison, a brief review of the proper orthogonal decomposition (POD) is provided and some numerical experiments implemented including full-order approximation, CVT based model, and POD based model. In the end, we apply CVT reduced-order modeling technique to a feedback control problem for the BBMB equation.
This paper deals with the behavior of fresh concrete that is under vibration using mass-spring model (MSM). To this end, behaviors of two different full scale precast concrete molds were investigated experimentally and theoretically. Experiments were performed under vibration with the use of a computer-based data acquisition system. Transducers were used to measure time-dependent lateral displacements at some points on mold while mold is empty and full of fresh concrete. Analytical modeling of molds used in experiments were prepared by three dimensional finite element method (3D FEM) using software. Modeling of full mold, using MSM, was made to solve the problem of dynamic interaction between fresh concrete and mold. Numerical displacement histories obtained from time history analysis were compared with experimental results. The comparisons show that the measured and computed results are compatible.
Kim, Dong-Hwan;Kim, Dong-Hyun;Kim, Myung-Hwan;Kim, Bong-Yung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.607-613
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2011
In this study, structural vibration analyses for a 5MW offshore wind wind-turbine model have been performed for different substructure models. The efficient equivalent modeling method based on computational multi-body dynamics are applied to the finite element models of the present offshore wind turbines. Monopile and tri-pod substructure types of the typical offshore wind-turbine are considered herein. Detailed finite element modeling concepts and boundary conditions are described and the comparison results for previous analyses are presented in order to show the verification of the present numerical approach. Campbell diagrams are also present to investigate the rotational resonance characteristics of the offshore wind-turbines with different substructures.
Rezaiguia, A.;Fisli, Y.;Ellagoune, S.;Laefer, D.F.;Ouelaa, N.
Structural Engineering and Mechanics
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v.43
no.1
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pp.71-87
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2012
This paper extends a single equation, semi-analytical approach for three-span bridges to multi-span ones for the rapid and precise determination of natural frequencies and natural mode shapes of an orthotropic, multi-span plate. This method can be used to study the dynamic interaction between bridges and vehicles. It is based on the modal superposition method taking into account intermodal coupling to determine natural frequencies and mode shapes of a bridge deck. In this paper, a four- and a five-span orthotropic roadway bridge deck are compared in the first 10 modes with a finite element method analysis using ANSYS software. This simplified implementation matches numerical modeling within 2% in all cases. This paper verifies that applicability of a single formula approach as a simpler alternative to finite element modeling.
Bayat, Mahmoud;Emadi, Amin;Kosariyeh, Amir Homayoun;Kia, Mehdi;Bayat, Mahdi
Computers and Concrete
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v.29
no.5
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pp.279-283
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2022
The seismic analytic collapse fragility of soil nail wall structures with a shotcrete concrete covering is investigated in this paper. The finite element modeling process has been well described. The fragility function evaluates the link between ground motion intensities and the likelihood of reaching a specific level of damage. The soil nail wall has been subjected to incremental dynamic analysis (IDA) from medium to strong ground vibrations. The nonlinear dynamic analysis of the soil nail wall uses a set of 20 earthquake ground motions with varying PGAs. PGD is utilized as an intensity measure, the numerical findings demonstrate that the soil nailing wall reaction is particularly sensitive to earthquake intensity measure (IM).
In this paper, we present a 3D thermo-hydro-mechanical coupled discrete beam lattice model of structure built of the nonisothermal saturated poro-plastic medium subjected to mechanical loads and nonstationary heat transfer conditions. The proposed model is based on Voronoi cell representation of the domain with cohesive links represented as inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities in axial and both transverse directions. The enhanced Timoshenko beam finite element is capable of modeling crack formation in mode I, mode II and mode III. Mode I relates to crack opening, mode II relates to in-plane crack sliding, and mode III relates to the out-of-plane shear sliding. The pore fluid flow and heat flow in the proposed model are governed by Darcy's law and Fourier's law for heat conduction, respectively. The pore pressure field and temperature field are approximated with linear tetrahedral finite elements. By exploiting nodal point quadrature rule for numerical integration on tetrahedral finite elements and duality property between Voronoi diagram and Delaunay tetrahedralization, the numerical implementation of the coupling results with additional pore pressure and temperature degrees of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The results of several numerical simulations are presented and discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.174-183
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2006
The resistance spot-welded region in most current finite element crash models is characterized as a rigid beam at the location of the welded spot. The region is modeled to fail with a failure criterion which is a function of the axial and shear load at the rigid beam. The role of this rigid beam is simply to transfer the load across the welded components. The calculation of the load acting on the rigid beam is important to evaluate the failure of the spot-weld. In this paper, numerical simulation is carried out to evaluate the calculation of the load at the rigid beam. The load calculated from the precise finite element model of the spot-welded region considering the residual stress due to the thermal history during the spot welding procedure is regarded as the reference value and the value of the load is compared with the one obtained from the spot-welded model using the rigid beam with respect to the element size, the element shape and the number of imposed constraints. Analysis results demonstrate that the load acting on the spot-welded element is correctly calculated by the change of the element shape around the welded region and the location of welded constrains. The results provide a guideline for an accurate finite element modeling of the spot-welded region in the crash analysis of vehicles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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