This paper presents the application of hybrid-simulation-based adapter elements for the non-linear two-scale analysis of reinforced concrete frames with masonry infills under seismic-like demands. The approach provides communication and distribution of the computations carried out by two or more remote or locally distributed numerical models connected through the OpenFresco Framework. The modeling consists of a global analysis formed by macro-elements to represent frames and walls, and to reduce global degrees of freedom, portions of the structure that require advanced analysis are substituted by experimental elements and dimensional couplings acting as interfaces with their respective sub-assemblies. The local sub-assemblies are modeled by solid finite elements where the non-linear behavior of concrete matrix and masonry infill adopt a continuum damage representation and the reinforcement steel a discrete one, the conditions at interfaces between concrete and masonry are considered through a contact model. The methodology is illustrated through the analysis of a frame-wall system subjected to lateral loads comparing the results of using macro-elements, finite element model and experimental observations. Finally, to further assess and validate the methodology proposed, the paper presents the pushover analysis of two more complex structures applying both modeling scales to obtain their corresponding capacity curves.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.4
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pp.159-168
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2005
This study carries out a finite difference nonlinear analysis of anisotropic advanced composite plate structures with various layer sequences. In the numerical analysis of various mechanical problems involving complex partial differential equations, the finite difference method (FDM) developed in this study has an advantage over the finite element method in its ability to avoid mesh generation and numerical integration. Many studies in FDM have been made on clamped or simple boundary conditions using merely an energy approach. These approaches cannot be satisfied, however, with pivotal points along the free boundary. Therefore, this study addresses the nonlinear problem of anisotropic plates by adopting a finite difference modeling elimination of pivotal difference points in the case of a free boundary condition. Complex nonlinear behaviors of composite plate structures for various parameters, especially for layer sequences, are analyzed using the proposed approach.
Kim, Min-Geun;Kim, Soo Min;Lee, Geun-Ho;Lee, Hanmin
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.5
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pp.275-282
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2018
Using isogeometric analysis(IGA) gives more accurate results for higher order mode in eigenvalue problem than using the finite element method(FEM). This is because the FEM has $C^0$ continuity between elements, whereas IGA guarantee $C^{P-1}$ between elements for p-th order basis functions. In this paper, a mode based reduced model is constructed by using IGA and dynamic behavior analysis is performed using this advantage. Craig-Bampton(CB) method is applied to construct the reduced model. Several numerical examples were performed to compare the eigenvalue analysis results for various order of element basis function by applying the IGA and FEM to simple rod analysis. We have confirmed that numerical error increases in the higher order mode as the continuity between elements decreases in the IGA by allowing internal knots multiplicity. The accuracy of the solution can be improved by using the IGA with high inter-element continuity when high-frequency external force acts on the reduced model for dynamic behavior analysis.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.14
no.4
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pp.257-264
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2002
This paper is concerned with the analysis of wave reflection and transmission from multiple floating breakwaters. Linear potential theory was used for modeling wave field, and the behaviors of the floating breakwaters was represented as linearized equation of motions. The boundary value problem for the wave field was discretized by Galerkin technique. The radiation condition at infinity was modeled as infinite elements developed by Park et al.(1991). The validation of the developed model was given through the comparison with hydraulic experimental data conducted by Park et al.(2000). The possibility for the application of multiple floating breakwaters was also discussed based on the numerical experiments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.33-39
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2016
This study investigated the dynamic instability of a ceramic-on-ceramic artificial hip joint system through complex eigenvalue analysis. We examined the mode-coupling mechanism through eigenvalue sensitivity analysis with the variation of system parameters. In addition, we constructed a finite element model including the negative slope of friction curve for investigating the negative-slope mechanism in the hip squeak problem. The numerical results show that the torsion-dominant mode becomes unstable due to the presence of the negative slope while the axial load is the important factor influencing the negative-slope type instability.
When reinforced concrete structures are subjected to strong seismic forces, their beam-column connections are very susceptible to be damaged during the earthquake event. Consequently, structural designers try to fit an important quantity of steel reinforcement inside the connection, complicating its construction without a clear justification for this. The aim of this work is to evaluate -and demonstrate- numerically how the quantity and the array of the internal steel reinforcement influences on the nonlinear response of the RC beam-column connection. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. The nonlinear response of the RC beam-column connection is evaluated taking into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: a damage model is used for concrete; a classical plasticity model is adopted for steel reinforcement; the steel-concrete bonding is considered perfect without degradation. At the end, the experimental responses obtained in the tests are compared to the numerical results, as well as the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection, which are analyzed for a low and high state of confinement.
Utilizing composite members in structures has been considered by many researchers in the past few decades. Using FRP can be very effective owing to its excessively high-tensile strength, which compensate concrete weak performance in tension. In this research, the studied composite beam includes a GFRP semi-confined trapezoidal section covered by GFRP and concrete layers. To assess the bearing capacity, a finite-element model of a composite beam subjected to displacement control loading has been developed and the results were validated using experimental results found throughout the literature. Several parameters affecting the bending performance and behavior of the semi-confined beam have been investigated in this study. Some of these parameters included the thickness of GFRP trapezoidal section members, concrete layer thickness, GFRP layer thickness and the confinement degree of the beam. The results revealed that the beam confinement had the highest effect on the bearing capacity due to prevention of separation of concrete from GFRP which causes the failure of the beam. From the results obtained, an optimal model of primary beam section has been introduced, which provides a higher bearing capacity with the same volume of materials used in the original beam section.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.5
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pp.384-390
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2005
In the numerical analysis of En (eddy current testing) using 3-dimensional FEM (finite element method), MVP (magnetic vector potential) and electric scalar potential are used as variables in conductor region. Three dimensional modeling makes number of unknowns increase, and the degree of freedom of variables also makes number of unknowns increase. Because of this reason, modified UP is used to reduce the number of unknowns. Gauge condition is enforced artificially on existing FEM formulations to insure the uniqueness of MVP. So in this paper the effects of these FEM formulation procedures on ECT are investigated and the appropriate FEM formulation is suggested for accurate ECT simulation.
This study is aimed at the development of a comprehensive web-based partial differential equation solver (WPDES) using multidimensional finite element method, which can be operated on the basis of world wide web. Overall issues of engineering and environmental information management and facility control could be implemented using this solver. This paper describes the development technique of the model, which is first part on development of partial differential equation solver. Conventional commercial general solver of computational fluid dynamics problems were investigated. All the relevant environmental models were analyzed to develop integrated environmental management system using WPDES. The governing equations and the parameters of investigated models were analyzed and integrated. Several numerical modules were invented for each partial differential term in partial differential equation of many related modeling problems. Each module was coded in the fashion of object oriented method, and was combined independently for the overall governing equation. WPDES has unique characteristic, which can analyze the problem through the suitable combination of modules without development of additional models for each environment problem with different governing equation, main variables, and parameters.
The crashworthiness of vehicles with finite element methods depends on the geometry modeling and the material properties. The vehicle body structures are generally composed of various members such as frames, stamped panels and deep-drawn parts from sheet metals. In order to ensure the impact characteristics of auto-body structures, the dynamic behavior of sheet metals must be examined to provide the appropriate constitutive relation. In this paper, high strain-rate tensile tests have been carried out with a tension type split Hopkinson bar apparatus specially designed for sheet metals. Experimental results from both static and dynamic tests with the tension split Hopkinson bar apparatus are interpolated to construct the Johnson-Cook and a modified Johnson-Cook equation as the constitutive relation, that should be applied to simulation of the dynamic behavior of auto-body structures. Simulation of auto-body structures has been carried out with an elasto-plastic finite element method with explicit time integration. The stress integration scheme with the plastic predictor-elastic corrector method is adopted in order to accurately keep track of the stress-strain relation for the rate-dependent model accurately. The crashworthiness of the structure with quasi-static constitutive relation is compared to the one with the rate-dependent constitutive model. Numerical simulation has been carried out for frontal frames and a hood of an automobile. Deformed shapes and the Impact energy absorption of the structure are investigated with the variation of the strain rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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