A curved beam is one of the basic and important structural elements in structural design. In this paper, the authors formulated the computational algorithm for analyzing the free vibration of curved beams using the finite element-transfer stiffness coefficient method. The concept of the finite element-transfer stiffness coefficient method is the combination of the modeling technique of the finite element method and the transfer technique of the transfer stiffness coefficient method. And, we confirm the effectiveness the finite element-transfer stiffness coefficient method from the free vibration analysis of two numerical models which are a semicircle beam and a quarter circle beam.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2266-2273
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2000
Equations of motion of a multi-beam system undergoing overall rigid body motion are derived by employing finite element method. An orientation angle is employed to allow the arbitrary orientation o f the beam element. Modal coordinate reduction technique, which has been successfully utilized in the conventional linear modeling method, is employed for the present modeling method to reduce the computational effort. Different from the conventional linear modeling method, the present modeling method captures the motion-induced stiffness variations which are important for the dynamic analysis of structures undergoing overall rigid body motion. The numerical results are compared to those of a commercial program to verify the reliability of the present method.
The objective of this study was to develop a simple and efficient numerical modeling technique for dynamic crack propagation using the finite element method. The study focused on the analysis of a rapidly propagation crack in an elastic body. As already known, discrete crack tip advance with the stationary node procedure results in spurious oscillation in the calculated energy terms. To reduce the spurious oscillation, a simple and efficient moving node procedure is proposed. The procedure does require neither remeshing the discretization nor distorting the original mesh. Two different central difference schemes are also evaluated and compared for dynamic crack propagation problem.
Polygonal finite element provides a great flexibility in mesh generation of crack propagation problems where the topology of the domain changes significantly. However, the control of the discretization error in such problems is a main concern. In this paper, a polygonal-FEM is presented in modeling of crack propagation problems via an automatic adaptive mesh refinement procedure. The adaptive mesh refinement is accomplished based on the Zienkiewicz-Zhu error estimator in conjunction with a weighted SPR technique. Adaptive mesh refinement is employed in some steps for reduction of the discretization error and not for tracking the crack. In the steps that no adaptive mesh refinement is required, local modifications are applied on the mesh to prevent poor polygonal element shapes. Finally, several numerical examples are analyzed to demonstrate the efficiency, accuracy and robustness of the proposed computational algorithm in crack propagation problems.
The shape of weld nuggest in arc spot welding of 304 stainless steel was found by searching thermal history of a weld joint through a three-dimensional finite element model. The problem consists of one in which the finite element mesh is growing continuously in time in order to accomodate metal transfer in arc spot welding using element rebirth technique. The analysis was performed on the basis of experimental results. The finite element program MARC, along with a few user subroutines, was employed to obtain the numerical results. Temperature-dependent thermal properties, stir effect in weld pool, effect of phase transformation, and the convective and radiative boundary conditions are included in the model. Numerically predicted shape of weld nuggest is compared with the experimentally observed shape.
The construction of a protective embankment is a suitable strategy to stop and control high-energy rock blocks' impacts during the rockfall phenomenon. In this paper, based on the discrete element numerical method, by modeling an existing embankment reinforced with geogrid, its stability status under the impact of a rock block with two types of low and high kinetic energy, namely 2402 and 4180 kJ, respectively, has been investigated. The modeling results show that the use of geogrid has caused the displacement in the front and back of the embankment to decrease by more than 30%. In this case, the reinforced embankment has stopped the rock block earlier. The displacements obtained from the DEM modeling are compared with the displacements measured from an actual practical experiment to evaluate the results' validity. Comparison between the results shows that the displacement values are close together, while the maximum percentage error in previous studies by an analytical method and the finite element method was 76.4% and 36.6%, respectively. Therefore, the obtained results indicate the discrete numerical method's high ability compared to other numerical and analytical methods to simulate and design the geogrid-reinforced soil embankment under natural disasters such as rockfall with a minor error.
In this study, a framework for coupling of the convolution quadrature time-domain boundary element method (CQBEM) and image-based finite element method (IMFEM) is presented for 2-D elastic wave propagation. This coupling method has three advantages: 1) the finite element modeling for heterogeneous areas can be performed without difficulties by using digital data for the analysis model, 2) wave propagation in an infinite domain can be calculated with high accuracy by using the CQBEM, and 3) a small time-step size can be used. In general, a small time-step size cannot be used in the classical time-domain boundary element method. However, the CQBEM used in this analysis can address a small time-step size. This makes it possible to couple the CQBEM and image-based FEM which require a small-time step size. In this study, the formulation and validation of the pro-posed method are described and confirmed by solving fundamental elastic wave scattering problems. As a numerical example, elastic wave scattering in inhomogeneous media is demonstrated using the proposed coupling method.
In this paper, the approximately coupled method of finite element method and boundary element method to obtain efficient and accurate analysis results is proposed for a two-dimensional elasto-static problem with a geometrically abruptly changing part. As the finite element of a two-dimensional problem, three-node and four-node plane stress element is applied, and as the boundary element of a two-dimensional problem, three-node boundary element is applied. In the modeling stage, firstly, an entire analysis target object is modeled as finite elements, and then a geometrically abruptly changing part is modeled as boundary elements. The boundary element is defined using the nodes defined for modeling finite elements. In the analysis stage, finite element analysis is firstly performed on a entire analysis target object, and boundary element analysis is automatically performed afterwards. As for the boundary conditions at boundary element analysis, displacement conditions and stress conditions, which are the results of finite element analysis, are applied. As a numerical example, the analysis results for a two-dimensional elasto-static problem, a plate with a crack, are presented and investigated.
In recent years steel-concrete composite shear walls have been widely used in enormous high-rise buildings. Due to high strength and ductility, enhanced stiffness, stable cycle characteristics and large energy absorption, such walls can be adopted in the auxiliary building; surrounding the reactor containment structure of nuclear power plants to resist lateral forces induced by heavy winds and severe earthquakes. This paper demonstrates a set of nonlinear numerical studies on I-shaped composite steel-concrete shear walls of the nuclear power plants subjected to reverse cyclic loading. A three-dimensional finite element model is developed using ABAQUS by emphasizing on constitutive material modeling and element type to represent the real physical behavior of complex shear wall structures. The analysis escalates with parametric variation in steel thickness sandwiching the stipulated amount of concrete panels. Modeling details of structural components, contact conditions between steel and concrete, associated boundary conditions and constitutive relationships for the cyclic loading are explained. Later, the load versus displacement curves, peak load and ultimate strength values, hysteretic characteristics and deflection profiles are verified with experimental data. The convergence of the numerical outcomes has been discussed to conclude the remarks.
Gamino, Andre Luis;Bittencourt, Tulio Nogueira;de Oliveira e Sousa, Jose Luiz Antunes
Computers and Concrete
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v.6
no.3
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pp.187-202
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2009
This paper focuses on the flexural behavior of RC beams externally strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) fabric. A non-linear finite element (FE) analysis strategy is proposed to support the beam flexural behavior experimental analysis. A development system (QUEBRA2D/FEMOOP programs) has been used to accomplish the numerical simulation. Appropriate constitutive models for concrete, rebars, CFRP and bond-slip interfaces have been implemented and adjusted to represent the composite system behavior. Interface and truss finite elements have been implemented (discrete and embedded approaches) for the numerical representation of rebars, interfaces and composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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