In this study, a two dimensional model of receding contact problem has been analyzed using finite element method (FEM) based software ANSYS and ABAQUS. For this aim finite element modeling of elastic layer and two homogeneous, isotropic and symmetrical elastic quarter planes pressed by means of a rigid circular punch has been presented. Mass forces and friction are neglected in the solution. Since the problem is examined for the plane state, the thickness along the z-axis direction is taken as a unit. In order to check the accuracy of the present models, the obtained results are compared with the available results of the open literature as well as the results of two software are compared using Root Mean Square Error (RMSE) and good agreements are found. Numerical analyses are performed considering different values of the external load, rigid circular radius, quarter planes span length and material properties. The contact lengths and contact stresses of these values are examined, and their results are presented. Consequently, it is concluded that the considered non-dimensional quantities have noteworthy influence on the contact lengths and contact stress distributions, additionally if FEM analysis is used correctly, it can be an efficient alternative method to the analytical solutions that need time.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.876-881
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2004
Finite element model updating is an inverse problem to identify and correct uncertain modeling parameters that leads to better predictions of the dynamic behavior of a target structure. Unlike other inverse problems, the restrictions on selecting parameters all: very high since the updated model should maintains its physical meaning. That is, only the regions with modeling errors should be parameterized. And the variations of the parameters should be kept small while the updated results give acceptable correlations with experimental data. To avoid an ill-conditioned numerical problem, the number of parameters should be kept as small as possible. Thus it is very difficult to select an adequate set of updating parameters which meet all these requirements. In this paper, the importance of updating parameter selection is illustrated through a case study, and an automated procedure to guide the parameter selection is suggested based on simple observations. The effectiveness of the suggested procedure is tested with two example problems, ones is a simulated case study and the other is a real engineering structure.
Modeling of physically non-linear behavior becomes more and more important for the analysis of SFRC structures in practical applications. From this point of view we will present an effective, three-dimensional constitutive model for SFRC, that is also easy to implement in commercial finite element programs. Additionally, the finite element analysis should only require standard material parameters which can be gained easily from conventional experiments or which are specified in appropriate building codes. Another important point is attaining the material parameters from experimental data. The procedures to determine the material parameters proposed in appropriate codes seem to be only approximations and are unsuitable for precise structural analysis. Therefore a finite element analysis of the test itself is used to get the material parameters. This process is also denoted as inverse analysis. The efficiency of the proposed constitutive model is demonstrated on the basis of numerical examples and their comparison to experimental results. In the framework of material parameter identification the idea of a new, indirect tension testing procedure, the "Modified Tension Test", is adopted and extended to an easy-to-carry-out tension test for steel fiber reinforced concrete specimens.
Integral abutment bridges (IABs) are those bridges without expansion joints. A single row of steel H-piles (SHPs) is commonly used at the thin and stub abutments of IABs to form a flexible support system at the bridge ends to accommodate thermal-induced displacement of the bridge. Consequently, as the IAB expands and contracts due to temperature variations, the SHPs supporting the abutments are subjected to cyclic lateral (longitudinal) displacements, which may eventually lead to low-cycle fatigue (LCF) failure of the piles. In this paper, the potential of using finite element (FE) modeling techniques to estimate the LCF life of SHPs commonly used in IABs is investigated. For this purpose, first, experimental tests are conducted on several SHP specimens to determine their LCF life under thermal-induced cyclic flexural strains. In the experimental tests, the specimens are subjected to longitudinal displacements (or flexural strain cycles) with various amplitudes in the absence and presence of a typical axial load. Next, nonlinear FE models of the tested SHP specimens are developed using the computer program ANSYS to investigate the possibility of using such numerical models to predict the LCF life of SHPs commonly used in IABs. The comparison of FE analysis results with the experimental test results revealed that the FE analysis results are in close agreement with the experimental test results. Thus, FE modeling techniques similar to that used in this research study may be used to predict the LCF life of SHP commonly used in IABs.
This paper deals with the modeling of the plane frame structure-foundation-soil system. The superstructure along with the foundation beam is idealized as beam bending elements. The soil medium near the foundation beam with stress concentrated is idealized by isoparametric finite elements, and infinite elements are used to represent the far field of the soil media. This paper presents the modeling of shear wall structure-foundation and soil system using the optimal membrane triangular, super and conventional finite elements. Particularly, an alternative formulation is presented for the optimal triangular elements aimed at reducing the programming effort and computational cost. The proposed model is applied to a plane frame-combined footing-soil system. It is shown that the total settlement obtained from the non-linear interactive analysis is about 1.3 to 1.4 times that of the non-interactive analysis. Furthermore, the proposed model was found to be efficient in simulating the shear wall-foundation-soil system, being able to yield results that are similar to those obtained by the conventional finite element method.
This paper addresses the dynamic loading characteristics of the shock tube onto sandwich steel beams as an efficient and accurate alternative to time consuming and complicated fluid structure interaction using finite element modeling. The corrugated sandwich steel beam consists of top and bottom flat substrates of steel 1018 and corrugated cores of steel 1008. The corrugated core layers are arranged with non-uniform thicknesses thus making sandwich beam graded. This sandwich beam is analogous to a steel beam with web and flanges. Substrates correspond to flanges and cores to web. The stress-strain relations of steel 1018 at high strain rates are measured using the split-Hopkinson pressure. Both carbon steels are assumed to follow bilinear strain hardening and strain rate-dependence. The present finite element modeling procedure with an improved dynamic impulse loading assumption is validated with a set of shock tube experiments, and it provides excellent correlation based on Russell error estimation with the test results. Four corrugated graded steel core arrangements are taken into account for core design parameters in order to maximize mitigation of blast load effects onto the structure. In addition, numerical study of four corrugated steel core placed in a reverse order is done using the validated finite element model. The dynamic behavior of the reversed steel core arrangement is compared with the normal core arrangement for deflections, contact force between support and specimen and plastic energy absorption.
Reliability-Based Design Optimization (RBDO) is an appropriate framework for obtaining optimal designs by taking uncertainties into account. Large-scale problems with implicit limit state functions and problems with discrete design variables are two significant challenges to traditional RBDO methods. To overcome these challenges, this paper proposes a hybrid method to perform RBDO of structures that links Firefly Algorithm (FA) as an optimization tool to advanced (finite element) reliability methods. Furthermore, the Genetic Algorithm (GA) and the FA are compared based on the design cost (objective function) they achieve. In the proposed method, Weighted Simulation Method (WSM) is utilized to assess reliability constraints in the RBDO problems with explicit limit state functions. WSM is selected to reduce computational costs. To performing RBDO of structures with finite element modeling and implicit limit state functions, a First-Order Reliability Method (FORM) based on the Direct Differentiation Method (DDM) is utilized. Four numerical examples are considered to assess the effectiveness of the proposed method. The findings illustrate that the proposed RBDO method is applicable and efficient for RBDO problems with discrete and continuous design variables and finite element modeling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.8
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pp.957-964
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2011
This investigation presents a finite element method to obtain the transmission properties of bulk elastic waves in piezoelectric band gap structures(phonon crystals) for varying frequencies and modes. To this end, periodic boundary conditions are imposed on a three-dimensional model while both in-plane and out-of-plane modes are included. In particular, the mode decoupling characteristics between in-plane and out-of-plane modes are identified for each electric poling direction and the results are incorporated in the finite element modeling. Through numerical simulations, the proposed modeling method was found to be a useful, effective one for analyzing the wave characteristics of various types of piezoelectric phononic band gap structures.
A flexible concrete mattress (FCM) is a structural system for protecting submarine power or communication cables under various load types. To evaluate its of protection performance, a numerical analysis of an FCM under an anchor collision was performed. The explicit dynamics of the finite element analysis program ANSYS were used for the collision analysis. The influences of the steel reinforcement modeling and collision angle of the anchor on the collision behavior of the FCM were estimated. The FCM damage was evaluated based on the results of the numerical analysis considering the numerical modeling and collision environment.
Since seismic inversion is based on the wave equation, it is important to calculate the solution of wave equation exactly. In particular, full waveform inversion would produce reliable results only when the forward modeling is accurately performed because it uses full waveform. When we use finite-difference or finite-element method to solve the wave equation, the convergence of numerical scheme should be guaranteed. Although the general proof of convergence is provided theoretically, the consistency and stability of numerical schemes should be verified for practical applications. The implementation of source function is the most crucial factor for the consistency of modeling schemes. While we have to use the sinc function normalized by grid spacing to correctly describe the Dirac delta function in the finite-difference method, we can simply use the value of basis function, regardless of grid spacing, to implement the Dirac delta function in the finite-element method. If we use frequency-domain wave equation, we need to use a conservative criterion to determine both sampling interval and maximum frequency for the source wavelet generation. In addition, the source wavelet should be attenuated before applying it for modeling in order to make it obey damped wave equation in case of using complex angular frequency. With these conditions satisfied, we can develop reliable inversion algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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