One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
Estimation of groundwater inflow into underground opening is of critical importance for the design and construction of underground structures. Groundwater inflow into a pilot underground storage facility in China was estimated using analytical equations, numerical modeling and field measurement. The applicability of analytical and numerical methods was examined by comparing the estimated and measured results. Field geological investigation indicated that in local scale the high groundwater inflows are associated with the appearance of open joints, fractured zone or dykes induced by shear and/or tensile tectonic stresses. It was found that 8 groundwater inflow spots with high inflow rates account for about 82% of the total rate for the 9 caverns. On the prediction of the magnitude of groundwater inflow rate, it was found that could both (Finite Element Method) FEM and (Discrete Element Method) DEM perform better than analytical equations, due to the fact that in analytical equations simplified assumptions were adopted. However, on the prediction of the spatial distribution estimation of groundwater inflow, both analytical and numerical methods failed to predict at the present state. Nevertheless, numerical simulations would prevail over analytical methods to predict the distribution if more details in the simulations were taken into consideration.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.415-429
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2002
Various modeling techniques for ultrasonic wave propagation and scattering problems in finite solid media are presented. Elastodynamic boundary value problems in inhomogeneous multi-layered plate-like structures are set up for modal analysis of guided wave propagation and numerically solved to obtain dispersion curves which show propagation characteristics of guided waves. As a powerful modeling tool to overcome such numerical difficulties in wave scattering problems as the geometrical complexity and mode conversion, the Boundary Element Method(BEM) is introduced and is combined with the normal mode expansion technique to develop the hybrid BEM, an efficient technique for modeling multi-mode conversion of guided wave scattering problems.
Nguyen, Cuong C.;Ranasinghe, Damith C.;Al-Sarawi, Said F.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.3
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pp.335-347
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2018
The fast-growing number of mobile and wearable applications has driven several innovations in small-scale electret-based energy harvesting due to the compatibility with standard microfabrication processes and the ability to generate electrical energy from ambient vibrations. However, the current modeling methods used to design these small scale transducers or microgenerators are applicable only for constant-speed rotations and small sinusoidal translations, while in practice, large amplitude sinusoidal vibrations can happen. Therefore, in this paper, we formulate an analytical model for electret-based microgenerators under general sinusoidal excitations. The proposed model is validated using finite element modeling combined with numerical simulation approaches presented in the literature. The new model demonstrates a good agreement in estimating both the output voltage and power of the microgenerator. This new model provides useful insights into the microgenerator operating mechanism and design trade-offs, and therefore, can be utilized in the design and performance optimization of these small structures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.2
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pp.194-201
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2005
For engineers in the industry, this study considers a reliable and practical finite element modeling technique to estimate the behavior of closed thin-walled members with spot weldings. Dynamic and static experiments confirm that the technique - modeling the spot weldings with solid elements which have the adjusted rotational freedoms and fill the welding space - Yields satisfactory results. Numerical studies on the double hat-shaped members. adopting this modeling technique. show the effect of the spot welding Pitch and the spot welding location in the flange on the stiffness of the members Using the principal stiffness and newly proposed GSPI(global stiffness performance index), we also carefully examine how the spot welding curvature, and sectional shape, etc.. synthetically influence the stiffness of a real excavator pillar in the field.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.04a
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pp.8-14
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1991
The finite element technique incorporating infinite elements is applied to analyzing the general three dimensional wave-structure interaction problems within the limits of linear wave theory. The hydrodynamic farces are assumed to be inertially dominated, and viscous effects are neglected. In order to analyze the corresponding boundary value problems efficiently, two types of elements are developed. One is the infinite element for modeling the radiation condition at infinity, and the other is the fictitious bottom boundary element for the case of deep water. To validate those elements, numerical analyses are performed for several floating structures. Comparisons with the results from culler available solution methods show that the present method incorporating tile infinite and the fictitious bottom boundary elements gives good results.
Recently, many patients related to heart disease have surgical operation by expanding a blood vessel to treat the angiostenosis. So far most angioplasties have been performed using balloon-dilative stent made of stainless steel. Some researchers are studying the stent made of shape memory alloy (SMA) to operate the angioplasty more easily. and there are several papers which introduce the angioplasty using SMA. However, most of the analysis models for stents are constructed using solid elements. So much computing time is required to solve the analysis model. In this study, we suggest the SMA stent model using 1D truss element which is much faster than stent model using 3D solid element. To represent non-linear behavior of SMA, we apply 1D SMA constitutive equation of Lagoudas'. Pseudo-elastic behavior of stent structures is presented as a numerical example.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.4
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pp.586-592
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2018
SRMs are difficult to design using a simple mathematical model and, consequently, numerical analysis based characteristics analysis is used including drive circuits. In this process, it is necessary to analyze the trends according to the change of the design factors, however, many of the design factors affect each other. In order to shorten the design time and achieve a proper design, a modeling technique based on the design parameters is needed. For this purpose, this paper summarizes the formulas employed for shape modeling by minimizing the number of major design factors of the SRM, and proposes a methodology for SRM design using these formulas. In particular, we propose a design method for a 6/4-pole model, one which has been studied for a long time, and showed an example of a design produced by the proposed method.
The widening project on Freeway No.1 in Taiwan has a total length of roughly 14 kilometers, and includes three special bridges, namely a 216 m long-span bridge crossing the original freeway, an F-bent double decked bridge in a co-constructed section, and a steel and prestressed concrete composite bridge. This study employed in-situ monitoring in conjunction with numerical modeling to establish a real-time monitoring system for the three bridges. In order to determine the initial static and dynamic behavior of the real bridges, forced vibration experiments, in-situ static load experiments, and dynamic load experiments were first carried out on the newly-constructed bridges before they went into use. Structural models of the bridges were then established using the finite element method, and in-situ vehicle load weight, arrangement, and speed were taken into consideration when performing comparisons employing data obtained from experimental measurements. The results showed consistency between the analytical simulations and experimental data. After determining a bridge's initial state, the proposed in-situ monitoring system, which is employed in conjunction with the established finite element model, can be utilized to assess the safety of a bridge's members, providing useful reference information to bridge management agencies.
Recently, Concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have proven an exceptional structural resistance in terms of strength, stiffness, and ductility. However, the resistance of these column members can be severely affected by the type of loading in which bending stresses increase in direct proportion with axial load and eccentricity value. This paper presents a non-linear finite element based modeling approach that studies the behavior of slender CFDST columns under biaxial loading. Finite element models were calibrated based on the outcomes of experimental work done by other researchers. Results from simulations of slender CFDST columns under axial loading eccentric in one direction showed good agreement with the experimental response. The calibrated models are expanded to a total of thirty models that studies the behavior of slender CFDST columns under combined compression and biaxial bending. The influences of parameters that are usually found in practice are taken into consideration in this paper, namely, eccentricity-to-diameter (e/D) ratios, slenderness ratios, diameter-to-thickness (D/t) ratios, and steel contribution ratios. Finally, an analytical study based on current code provisions is conducted. It is concluded that South African national standards (2011) provided the most accurate results contrasted with the Eurocode 4 (2004) and American Institute of Steel Construction (2016) that are found to be conservative. Accordingly, correction factors are proposed to the current design guidelines to provide more satisfactory results.
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