In the field of welding the behavior of a welded structure under consideration may be predicted via heat transfer and residual stress analysis. In order to facilitate the industrial applications of welding, numerical modeling of heat transfer and residual stress in weldment has been carried out applying Finite Element Method (FEM) and the analysis with the external load including this residual stress due to welding has been done. The present work includes the specialized finite element codes for the calculation of nonlinear heat transfer details and residual stress redistributed along with the external load in the welded structures. A basic interface, which allows models, built in commercial preprocessing package access to the data necessary to build standard input decks for these specialized FEM codes, which are not supported by commercial package. The results from the FEM codes are imported back into commercial package for visualization. In addition the residual stress values are exported to commercial package (such as ANSYS, PATRAN etc.) for further analysis with the external loads, which make the FEM codes fully applicable to the industrial purpose.
The purpose of this paper is to establish a standard finite element analysis model of a piston by carrying out three dimensional modeling of a series six-cylindered CNG engine's piston to forecast temperature distribution at stationary state and the following thermal stress and variation, and cross checking it with existing analysis. Also, in order to evaluate the affects of the cooling system to the piston's heat load, the paper analyzed piston's temperature and thermal stress distribution according to the cooling water temperature changes and the following variations. As a result, the maximum temperature was found at the center of the crown in the piston and the maximum thermal stress occurred from the lower part of the piston.
This paper investigates the flexural capacity of simply supported steel-concrete composite I beam and box beam under positive bending moment through combined experimental and finite element (FE) modeling. 24 composite beams are included into the experiments and parameters including shear connection degree, transverse reinforcement ratio, section form of girder, diameter of stud and loading way are also considered and investigated. ABAQUS is employed to establish FE models to simulate the behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, beam length and loading way, on flexural capacity are discussed. In addition, three methods including GB standard, Eurocode 4, and Nie method are also used to estimate the flexural capacity of composite beams and also for comparison with experimental and numerical results. The results indicate that Nie method may provide a better estimation in comparison to other two standards.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.65-73
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1989
Continuum formulations for the expressions of dynamic energy release rates and computational methods for dynamic stress intensity factors are developed for the analysis of dynamic fracture problems subjected to stress wave loading. Explicit volume integral expressions for instantaneous dynamic energy release rates are derived by modeling virtual crack extensions with the dynamic Eulerian-Lagrangian kinematic description. In the finite element applications a finite region around a crack-tip is modeled by using quarter-point singular isoparametric elements, and the volume integrals are evaluated for each crack-tip element during virtual crack extensions while the singularity is maintained. It is shown that the use of the present method is more reliable and accurate for the dynamic fracture analysis than that of other path-independent integral methods when the effects of stress waves are significant.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.3-17
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2007
This paper provides an introduction to life-span simulation and numerical approach to support the performance design processes of reinforced concrete structures. An integrated computational system is proposed for life-span simulation of reinforced concrete. Conservation of moisture, carbon dioxide, oxygen, chloride, calcium and momentum is solved with hydration, carbonation, corrosion, ion dissolution. damage evolution and their thermodynamic/mechanical equilibrium. Coupled analysis of mass transport and damage mechanics associated with steel corrosion is presented for structural performance assessment of reinforced concrete. Multi-scale modeling of micro-pore formation and transport phenomena of moisture and ions are mutually linked for predicting the corrosion of reinforcement and volumetric changes. The interaction of crack propagation with corroded gel migration can also be simulated. Two finite element codes. multi-chemo physical simulation code (DuCOM) and nonlinear dynamic code of structural reinforced concrete (COM3) were combined together to form the integrated simulation system. This computational system was verified by the laboratory scale and large scale experiments of damaged reinforced concrete members under static loads, and has been applied to safety and serviceability assessment of existing structures. Based on the damage details predicted by the nonlinear finite element analytical system, the life-span-cost of RC structures including the original construction costs and the repairing costs for possible damage during the service life can be evaluated for design purpose.
To improve trapped field characteristics of a high temperature superconducting (HTS) bulk, a technique to implement artificial holes has been studied. The artificial holes, filled up with epoxy or metal, may provide better cooling channel and enhance mechanical strength of the HTS bulk. Although many useful researches based on experiments have been reported, a numerical approach is still limited because of several reasons that include: 1) highly non-linear electromagnetic properties of HTS; and 2) difficulty in modeling of randomly scattered "small" artificial holes. In this paper, a 2-D finite element method with iteration is adopted to analyze trapped field characteristics of HTS bulk with artificial holes. The validity of the calculation is verified by comparison between measurement and calculation of a trapped field in a $40{\times}40\;mm$ square and 3.1 mm thick HTS bulk having 16 artificial holes with diameter of 0.7 mm. The effects of sizes and array patterns of artificial holes on distribution of trapped field within HTS bulk are numerically investigated using suggested method.
Die-less forming is a cold forming process which is to bend thick flat plates into compound curved plates using two asymmetric rollers. This forming method has several advantages compared with line heating which is widely used to fabricate compound curved pieces in shipyards. The die-less forming, however, has scarcely been studied. Even the deformation mechanism in this forming process has not been understood clearly. So, in this paper, the deformation characteristics of die-less forming is investigated analytically and numerically. for the analytic investigation, slab method based on equilibrium equation is applied. And the mechanism of curvature generation is derived for the asymmetry in roller applied. And three dimensional numerical analyses are performed with realistic modeling of interactions between the rollers and work-piece using finite element program, ABAQUS. It is shown that curvature generation is mainly due to the difference of normal positive strain distribution between the top and bottom surface of the work-piece. And a convex-type curved plate is formed if the center region of the work-piece is rolled with asymmetric rollers of which the lower is larger than the upper in diameter.
In this paper a simple mathematical model is presented for estimating the natural frequencies and corresponding mode shapes of a tall building with outrigger-belt truss system. For this purposes an equivalent continuum system is analyzed in which a tall building structure is replaced by an idealized cantilever continuum beam representing the structural characteristics. The equivalent system is comprised of a cantilever shear beam in parallel to a cantilever flexural beam that is constrained by a rotational spring at outrigger-belt truss location. The mathematical modeling and the derivation of the equation of motion are given for the cantilevers with identically paralleled and rotational spring. The equation of motion and the associated boundary conditions are analytically obtained by using Hamilton's variational principle. After obtaining non-trivial solution of the eigensystem, the resulting is used to determine the natural frequencies and associated mode shapes of free vibration analysis. A numerical example for a 40 story tall building has been solved with proposed method and finite element method. The results of the proposed mathematical model have good adaptation with those obtained from finite element analysis. Proposed model is practically suitable for quick evaluations during the preliminary design stages.
Abdulrazeg, A.A.;Noorzaei, J.;Mohammed, T.A.;Jaafar, M.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.1
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pp.1-25
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2013
A combined thermal and mechanical action in roller compacted concrete (RCC) dam analysis is carried out using a three-dimensional finite element method. In this work a numerical procedure for the simulation of construction process and service life of RCC dams is presented. It takes into account the more relevant features of the behavior of concrete such as hydration, ageing and creep. A viscoelastic model, including ageing effects and thermal dependent properties is adopted for the concrete. The different isothermal temperature influence on creep and elastic modulus is taken into account by the maturity concept, and the influence of the change of temperature on creep is considered by introducing a transient thermal creep term. Crack index is used to assess the risk of occurrence of crack either at short or long term. This study demonstrates that, the increase of the elastic modulus has been accelerated due to the high temperature of hydration at the initial stage, and consequently stresses are increased.
The 246.8-m-tall Beijing Olympic Tower (BOT) is a new landmark in Beijing City, China. Its unique architectural style with five sub-towers and a large tower crown gives rise to complex dynamic characteristics. Thus, it is wind-sensitive, and a double-stage pendulum tuned mass damper (DPTMD) has been installed for vibration mitigation. In this study, a finite-element analysis of the wind-induced responses of the tower based on full-scale measurement results was performed. First, the structure of the BOT and the full-scale measurement are introduced. According to the measured dynamic characteristics of the BOT, such as the natural frequencies, modal shapes, and damping ratios, an accurate finite-element model (FEM) was established and updated. On the basis of wind measurements, as well as wind-tunnel test results, the wind load on the model was calculated. Then, the wind-induced responses of the BOT with the DPTMD were obtained and compared with the measured responses to assess the numerical wind-induced response analysis method. Finally, the wind-induced serviceability of the BOT was evaluated according to the field measurement results for the wind-induced response and was found to be satisfactory for human comfort.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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