The generalized displacement method is a nonlinear solution scheme that follows the equilibrium path of the structure based on the development of the generalized displacement. This method traces the path uniformly with a constant amount of generalized displacement. In this article, we first develop higher-order generalized displacement methods based on multi-point techniques. According to the concept of generalized stiffness, a relation is proposed to adjust the generalized displacement during the path-following. This formulation provides the possibility to change the amount of generalized displacement along the path due to changes in generalized stiffness. We, then, introduce higher-order algorithms of variable generalized displacement method using multi-point methods. Finally, we demonstrate with numerical examples that the presented algorithms, including multi-point generalized displacement methods and multi-point variable generalized displacement methods, are capable of following the equilibrium path. A comparison with the arc length method, generalized displacement method, and multi-point arc-length methods illustrates that the adjustment of generalized displacement significantly reduces the number of steps during the path-following. We also demonstrate that the application of multi-point methods reduces the number of iterations.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.4
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pp.21-27
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1998
In the case of existing in free-edge delaminations of composite laminates which are symmetry with respect to mid-plane in laminates also, in the case of asymmetry and anti-symmetry, the generalized quasi-three dimensional displacement field equations developed from quasi-three dimensional displacement field equations can be applied to solve above cases. We introduce three paramenters in this paper, which have not been used in quasi-three dimensional displacement field equations until now. To the laminate subjected to the axial extension strain $\varepsilon$0(C1) in $\chi$-direction, the bending deformation $\chi$$\chi$(C$_2$) around у-direction, the bending deformation w$\chi$(C$_4$) around z-direction and the twisting deformation $\chi$$\chi$y(C$_3$) around $\chi$-direction .The generalized quasi-three dimensional displacement field equations are able to be analyzed efectively.
An analytical method considering axial equilibrium is proposed for the short- and long-term analyses of shear lag effect in reinforced concrete (RC) box girders. The axial equilibrium of box girders is taken into account by using an additional generalized displacement, referred to as the longitudinal displacement of the web. Three independent shear lag functions are introduced to describe different shear lag intensities of the top, bottom, and cantilever plates. The time-dependent material properties of the concrete are simulated by the age-adjusted effective modulus method (AEMM), while the reinforcement is assumed to behave in a linear-elastic fashion. The differential equations are derived based on the longitudinal displacement of the web, the vertical displacement of the cross section, and the shear lag functions of the flanges. The time-dependent expressions of the generalized displacements are then deduced for box girders subjected to uniformly distributed loads. The accuracy of the proposed method is validated against the finite element results regarding the short- and long-term responses of a simply-supported RC box girder. Furthermore, creep analyses considering and neglecting shrinkage are performed to quantify the time effects on the long-term behavior of a continuous RC box girder. The results show that the proposed method can well evaluate both the short- and long-term behavior of box girders, and that concrete shrinkage has a considerable impact on the concrete stresses and internal forces, while concrete creep can remarkably affect the long-term deflections.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.6
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pp.582-590
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2007
Imperfectly jointed interface serves as mechanical waveguide for elastic waves and gives rise to two distinct kinds of guided wave propagating along the interface. Contact acoustic nonlinearity (CAN) is known to plays major role in the generation of these interface waves called generalized Rayleigh waves in non-welded interface. Closed crack is modeled as non-welded interface that has nonlinear discontinuity condition in displacement across its boundary. Mathematical analysis of boundary conditions and wave equation is conducted to investigate the dispersive characteristics of the interface waves. Existence of the generalized Rayleigh wave(interface wave) in nonlinear contact interface is verified in theory where the dispersion equation for the interface wave is formulated and analyzed. It reveals that the interface waves have two distinct modes and that the phase velocity of anti-symmetric wave mode is highly dependent on contact conditions represented by linear and nonlinear dimensionless specific stiffness.
The multi-rigid-body matrix method (MRBMM) is a generalized modeling method for obtaining the displacements, forces, and dynamic characteristics of a compliant mechanism without performing inner-force analysis. The method discretizes a compliant mechanism of any type into flexure hinges and rigid bodies by implementing a multi-body mass-spring model using coordinate transformations in a matrix form. However, in this method, the deformations of bodies that are assumed to be rigid are inherently omitted. Consequently, it may yield erroneous results in certain mechanisms. In this paper, we present a multi-compliant-body matrix-method (MCBMM) that considers a rigid body as a compliant element, while retaining the generalized framework of the MRBMM. In the MCBMM, a rigid body in the MRBMM is segmented into a certain number of body nodes and flexure hinges. The proposed method was verified using two examples: the first (an XY positioning stage) demonstrated that the MCBMM outperforms the MRBMM in estimating the static deformation and dynamic mode. In the second example (a bridge-type displacement amplification mechanism), the MCBMM estimated the displacement amplification ratio more accurately than several previously proposed modeling methods.
The steady state response of a rotating generalized thermoelastic solid to a moving point load has been investigated. The transformed components of displacement, force stress and temperature distribution are obtained by using Fourier transformation. These components are then inverted and the results are obtained in the physical domain by applying a numerical inversion method. The numerical results are presented graphically for a particular model. A particular result is also deduced from the present investigation.
The purpose of this study is to develop a technique for the shape analysis of plane truss structures under prescribed displacement modes. The shape analysis is performed based on the existence theorem of the solution and the Moore-Penrose generalized inverse matrix. In this paper, the homologous deformation of structures was proposed as prescribed displacement modes, the shape of the structure is determined from these various modes and applied loads. In general, the shape analysis is a kind of inverse problem different from stress analysis, and the governing equation becomes nonlinear. In this regard, Newton-Raphson method was used to solve the nonlinear equation. Three different shape models are investigated as numerical examples to show the accuracy and the effectiveness of the proposed method.
In order to perform the spatial buckling analysis of the curved beam element with nonsymmetric thin-walled cross section, exact static stiffness matrices are evaluated using equilibrium equations and force-deformation relations. Contrary to evaluation procedures of dynamic stiffness matrices, 14 displacement parameters are introduced when transforming the four order simultaneous differential equations to the first order differential equations and 2 displacement parameters among these displacements are integrated in advance. Thus non-homogeneous simultaneous differential equations are obtained with respect to the remaining 8 displacement parameters. For general solution of these equations, the method of undetermined parameters is applied and a generalized linear eigenvalue problem and a system of linear algebraic equations with complex matrices are solved with respect to 12 displacement parameters. Resultantly displacement functions are exactly derived and exact static stiffness matrices are determined using member force-displacement relations. The buckling loads are evaluated and compared with analytic solutions or results by ABAQUS's shell element.
Since the generalized Hoek-Brown (GHB) function predicts the strength of the jointed rock mass in a systematic manner by use of GSI index, it is widely used in rock engineering practices. In this study, a series of 2D elasto-plastic FE analysis, which adopts the GHB criterion as a yield function, was carried out to investigate the radial convergence characteristics of circular tunnel excavated in the GHB rock mass. The effect of the plastic potential function on the elasto-plastic displacement was also examined. In the analysis, the wide range of both the $K(={\sigma}_h/{\sigma}_v)$ and GSI values are considered. For each K value, the variation of the ratio of sidewall displacement to roof displacement was calculated with varying GSI values and the obtained displacement patterns were analysed. The calculation results show that the displacement ratio significantly depends not only on the K value but also on the range of GSI value. In particular, for lower range of GSI value, the displacement ratio pattern calculated in the elasto-plastic regime is opposite to that predicted by the elasticity theory. In addition, the variation of the radial displacement ratio with GSI value for different types of plastic potential function showed similar trend.
Hosseini, Seyed Amin;Abolbashari, Mohammad Hossein;Hosseini, Seyed Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.3
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pp.529-545
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2016
In this article, the generalized coupled non-Fickian diffusion-thermoelasticity analysis is carried out using an analytical method. The transient behaviors of field variables, including mass concentration, temperature and displacement are studied in a strip, which is subjected to shock loading. The governing equations are derived using generalized coupled non-Fickian diffusion-thermoelasticity theory, which is based on Lord-Shulman theory of coupled thermoelasticity. The governing equations are transferred to the frequency domain using Laplace transform technique and then the field variables are obtained in analytical forms using the presented method. The field variables are eventually determined in time domain by employing the Talbot technique. The dynamic behaviors of mass concentration, temperature and displacement are studied in details. It is concluded that the presented analytical method has a high capability for simulating the wave propagation with finite speed in mass concentration field as well as for tracking thermoelastic waves. Furthermore, the obtained results are more realistic than that of others.
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