The composite plate to upgrade structures and, in particular, to extend the lives of reinforced concrete beams has wide applications. One of the main aspects of the bonded strengthening technology is the stress analysis of the reinforced structure. In particular, reliable evaluation of the adhesive shear stress and of the stress in the composite plates is mandatory in order to predict the beam's failure load. In this paper, a finite element analysis is presented to calculate the stresses in the reinforced beam under mechanical loads. The numerical results was compared with the analytical approach, and a parametric study was carried out to show how the maximum stresses have been influenced by the material and geometry parameters of the composite beam.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.121-131
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1998
This paper applies the FE analysis procedure, developed in the Part I of the companion article, to the three-dimensional rubber pad deformation during rubber-pad forming process. Effects of different algorithms corresponding to incompressibility constraint and time integration methods on numerical solution responses are investigated. Laboratory scale experiments support the validity of the developed FE procedure an demonstrate the accuracy of the numerical models. Full scale model responses are also predicted using the reasonable method and parameters obtained in laboratory modeling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.111-120
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1998
This paper is the first one of two-parted research efforts focusing on the modeling of rubber pad forming process. The rubber pad, driven by the pressurized fluid during the forming process, pushes the sheet metal to solid tool half and forms a part to final shape. In this part of the paper, a numerical procedure for the FE analysis of the rubber pad deformation is presented. The developed three-dimensional FE model is based on the total Lagrangian description of rubber maerial characterized by nearly incompressible hyper-elastic behavior under a large deformation assumption. Validity of the model as well as effects of different algorithms corresponding to incompresibility constraints and time integration methods on numerical solution responses are also demonstrated.
Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
Point bending is often used for cambering and curving structural steel girders. An analytical solution, applicable in the elasto-plastic range only, that relates applied loads to the desired curve was recently developed for inducing horizontal curves using four-point bending. This solution does not account for initial residual stresses and geometric imperfections built-in hot-rolled sections. This paper presents results from a full-scale test on a hot-rolled steel section curved using four-point bending. In parallel, a numerical analysis, accounting for both initial geometric imperfections and initial residual stresses, was carried out. The models were validated against the experimental results and a good agreement for lateral offset and for strain in the elasto-plastic and post-plastic ranges was achieved. The results show that the effect of initial residual stresses on deformation and strain is minimal. Finally, residual stresses due to cold bending calculated from the numerical analysis were assessed and a revised stress value for the service load design of the curved girder is proposed.
Finite element analysis (FEA) combined with the concepts of linear elastic fracture mechanics (LEFM) provides a practical and convenient means to study the fracture and crack growth of materials. In this paper, a numerical modeling of crack propagation in the cement mantle of the reconstructed acetabulum is presented. This work is based on the implementation of the displacement extrapolation method (DEM) and the strain energy density (SED) theory in a finite element code. At each crack increment length, the kinking angle is evaluated as a function of stress intensity factors (SIFs). In this paper, we analyzed the mechanical behavior of cracks initiated in the cement mantle by evaluating the SIFs. The effect of the defect on the crack propagation path was highlighted.
This paper presents an experimental as well as a numerical analysis of the in-plane shear behaviour of hollow, $870{\times}840{\times}100mm$ masonry walls, externally strengthened with FRP composites. The experimental approach is devoted to the evaluation of the effectiveness of different composite strengthening configurations and the methodology consists in the diagonal compression of masonry walls. The numerical study assesses the stress and strain state distribution in the unreinforced and strengthened panels using a commercial finite element code. The effect of FRP reinforcement on the masonry behaviour and the capability of modelling to forecast a representative failure mode of the unreinforced and reinforced masonry walls is investigated.
Camarri, S.;Salvetti, M.V.;Koobus, B.;Dervieux, A.
Wind and Structures
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v.8
no.6
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pp.407-426
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2005
A hybrid RANS/LES approach, based on the Limited Numerical Scales concept, is applied to the numerical simulation of the flow around a square cylinder. The key feature of this approach is a blending between two eddy-viscosities, one given by the $k-{\varepsilon}$ RANS model and the other by the Smagorinsky LES closure. A mixed finite-element/finite-volume formulation is used for the numerical discretization on unstructured grids. The results obtained with the hybrid approach are compared with those given by RANS and LES simulations for three different grid resolutions; comparisons with experimental data and numerical results in the literature are also provided. It is shown that, if the grid resolution is adequate for LES, the hybrid model recovers the LES accuracy. For coarser grid resolutions, the blending criterion appears to be effective to improve the accuracy of the results with respect to both LES and RANS simulations.
Pechstein, Astrid;Krommer, Michael;Humer, Alexander
Smart Structures and Systems
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v.30
no.3
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pp.221-237
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2022
This paper is concerned with nonlinear modeling and efficient numerical simulation of electrostrictive materials and structures. Two types of such materials are considered: relaxor ferroelectric ceramics and electrostrictive polymers. For ceramics, a geometrically linear formulation is developed, whereas polymers are studied in a geometrically nonlinear regime. In the paper, we focus on constitutive modeling first. For the reversible constitutive response under consideration, we introduce the augmented Helmholtz free energy, which is composed of a purely elastic part, a dielectric part and an augmentation term. For the elastic part, we involve an additive decomposition of the strain tensor into an elastic strain and an electrostrictive eigenstrain, which depends on the polarization of the material. In the geometrically nonlinear case, a corresponding multiplicative decomposition of the deformation gradient tensor replaces the additive strain decomposition used in the geometrically linear formulation. For the dielectric part, we first introduce the internal energy, to which a Legendre transformation is applied to compute the free energy. The augmentation term accounts for the contribution from vacuum to the energy. In our formulation, the augmented free energy depends not only on the strain and the electric field, but also on the polarization and an internal polarization; the latter two are internal variables. With the constitutive framework established, a Finite Element implementation is briefly discussed. We use high-order elements for the discretization of the independent variables, which include also the internal variables and, in case the material is assumed incompressible, the hydrostatic pressure, which is introduced as a Lagrange multiplier. The elements are implemented in the open source code Netgen/NGSolve. Finally, example problems are solved for both, relaxor ferroelectric ceramics and electrostrictive polymers. We focus on thin plate-type structures to show the efficiency of the numerical scheme and its applicability to thin electrostrictive structures.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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