Computer-Aided Reliable and Optimal Design (CAROD) system is an efficient tool defining the best compromise between cost and safety. Using the concurrent engineering concept, it can supply the designer with all numerical information in the design process. This system integrates several fields such as multidisciplinary optimization, reliability analysis, finite element analysis, geometrical modeling, sensitivity analysis and concurrent engineering. When integrating these disciplines, many difficulties are found such as model coupling and computational time. In this paper, we propose a new concurrent methodology satisfying the reliability requirement, allowing the coupling of different models and reducing the computational time. Two applications (rotating disk and hook structures) demonstrate that CAROD system can be a practical concurrent engineering application for designers.
The present paper describes the results of numerical modeling of a dam founded on loose liquefiable deposit using PLAXIS-3D finite element software. Effect of a different dam water level on parameters like displacements, Excess Pore water pressures, Liquefaction potential and Accelerations is studied. El- Centro earthquake motion is applied as input earthquake motion. The results of this study show that different upstream dam water level greatly affects the displacements, excess pore pressure and displacement tendency of the underlying foundation soils and the dam.
The problem of welding stresses and fatigue behavior is the main concerns of welding research fields. The residual stresses and distortion of structures by welding is exert negative effect on the safety of mechanical structures. That is, expansion of material by high temperature and distortion by cooling during welding process is caused of tensile and compressive residual stresses on welding material, and this residual stresses reduce fracture and fatigue strength of welding structures. The accurate prediction of residual stress and redistribution due to fatigue crack propagation of weld zone is very important to improve the quality of weldment. In this study, a finite element modeling technique is developed to simulate the redistribution of residual stresses due to fatigue crack propagation of weld zone.
This paper presents forced vibration analysis of sandwich deep beams made of functionally graded material (FGM) in face layers and a porous material in core layer. The FGM sandwich deep beam is subjected to a harmonic dynamic load. The FGM in the face layer is graded though the layer thickness. In order to get more realistic result for the deep beam problem, the plane solid continua is used in the modeling of The FGM sandwich deep beam. The equations of the problem are derived based the Hamilton procedure and solved by using the finite element method. The novelty in this paper is to investigate the dynamic responses of sandwich deep beams made of FGM and porous material by using the plane solid continua. In the numerical results, the effects of different material distributions, porosity coefficient, geometric and dynamic parameters on the dynamic responses of the FGM sandwich deep beam are investigated and discussed.
The use of steel pipe dampers (SPD) as fuses or interchangeable elements in the steel moment-resisting frames (MRF) is one of the newest methods for improving seismic performance. In the present study, the performance of steel pipe dampers in MRF has been investigated. Evaluation of MRF with and without SPD models were performed using the finite element method by ABAQUS. For validation, an MRF and MRF with steel pipe dampers were modeled that had been experimentally tested and reported in previous experimental research and a good agreement was observed. The behavior of these dampers in frames of 3, 6, and 9 stories was studied by modeling the damper directly. Nonlinear time history dynamic analysis was used. It was observed that by increasing the number of stories in the buildings, steel pipe dampers should be used to perform properly against earthquakes. The installation of steel pipe dampers in steel moment-resisting frames shows that the drift ratio between the floors is reduced and the seismic performance of these frames is improved.
Ali Banazadeh;Ahmad Maleki;Mohammad Ali Lotfollahi Yaghin
Earthquakes and Structures
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v.25
no.4
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pp.223-234
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2023
The use of displacement-dependent rotational friction dampers (RFD) as fuses or interchangeable elements in the moment-resisting frames (MRF) is one of the newest methods for improving seismic performance. In the present study, the performance of rotational friction dampers in MRF has been investigated. Evaluation of MRF with and without RFD models was performed using the finite element method by ABAQUS. For validation, an MRF and MRF with rotational friction dampers were modeled that had been experimentally tested and reported in previous experimental research and a good agreement was observed. The behavior of these dampers in frames of 3-, 6-, and 9-story was studied by modeling the damper directly. Nonlinear time history dynamic analysis was used. It was observed that by increasing the number of stories in the buildings, rotational friction dampers should be used to perform properly against earthquakes. The installation of rotational friction dampers in steel moment-resisting frames shows that the drift ratio between the floors is reduced and the seismic performance of these frames is improved.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
This paper presents a new constitutive model for numerical modeling the shear behaviour of rough rock joints. The model incorporates the dilatancy of joints on the basis of elasto-plastic theory. Barton's empirical shear strength formular are adopted in the formulation process. The mobilized JRC concept is evoked to address the shear strength hardening and sofrening phenomena. The mobilized JRC in the pre- and post-peak range is approximated by assuming that the variation of JRC is a function of tangential plastic work. Discrete finite joint element is used to implement the proposed constitutive model. The model is validated by the numerical direct shear test on a single joint which is subjected to different boundary conditions. The test results are in good agreement with the experimental observations reported by other authors. The numerical tests also exhibit that the proposed model can simulate the salient features envisaged in the behaviour of rough rock joints.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
The present study investigates the non-linear soil-pile interaction using three-dimensional (3D) non-linear finite element models. The numerical models were validated by using the results of extensive pile load and shaking table tests. The pile performance in liquefiable and non-liquefiable soil has been studied by analyzing the liquefaction ratio, pile lateral displacement (LD), pile bending moment (BM), and frictional resistance (FR) results. The pile models have been developed for the different ground conditions. The study reveals that the results obtained during the pile load test and shaking cycles have good agreement with the predicted pile and soil response. The soil density, peak ground acceleration (PGA), slenderness ratio (L/D), and soil condition (i.e., dry and saturated) are considered during modeling. Four ground motions are used for the non-linear time history analyses. Consequently, design charts are proposed depended on the analysis results to be used for design practice. Eleven models have been used to validate the capability of these charts to capture the soil-pile response under different seismic intensities. The results of the present study demonstrate that L/D ratio slightly affects the lateral displacement when compared with other parameters. Also, it has been observed that the increasing in PGA and decreasing L/D decreases the excess pore water pressure ratio; i.e., increasing PGA from 0.1 g to 0.82 g of loose sand model, decrease the liquefaction ratio by about 50%, and increasing L/D from 15 to 75 of the similar models (under Kobe earthquake), increase this ratio by about 30%. This study reveals that the lateral displacement increases nonlinearly under both dry and saturated conditions as the PGA increases. Similarly, it is observed that the BM increases under both dry and saturated states as the L/D ratio increases. Regarding the acceleration histories, the pile BM was reduced by reducing the acceleration intensity. Hence, the pile BM decreased to about 31% when the applied ground motion switched from Kobe (PGA=0.82 g) to Ali Algharbi (PGA=0.10 g). This study reveals that the soil conditions affect the relationship pattern between the FR and the PGA. Also, this research could be helpful in understanding the threat of earthquakes in different ground characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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