The purpose of this study is to establish the control method of the global bending distortion caused by fabrication process of hatch-cover in a container ship. In order to do it, the transitional behavior of global bending distortion in the deck of hatch-cover during fabrication process was measured by 3-dimensional measuring instrument. From the results, the principal factor controlling the global bending distortion was identified as the bending moment associated with the longitudinal shrinkage force and transverse shrinkage caused by welding and flame heating and the change of the centroid axis of hatch-cover in each fabrication process. Therefore, in this study, with the predictive equations of the longitudinal shrinkage force and transverse shrinkage caused by welding and flame heating and the simplified thermo elastic method, the predictive method for the global bending distortion was established and verified by comparing with the measured result. Based on the results, the amount of reverse bending distortion of main stiffeners was determined to prevent the global bending distortion of hatch-cover.
In meeting the technical needs for deepwater conditions and overcoming the shortfalls of single-layer pipes for deepwater applications, pipe-in-pipe (PIP) systems have been developed. While, for PIP pipelines directly laid on the seabed or with partial embedment, one of the primary service risks is lateral buckling. The critical axial force is a key factor governing the global lateral buckling response that has been paid much more attention. It is influenced by global imperfections, submerged weight, stiffness, pipe-soil interaction characteristics, et al. In this study, Finite Element Models for imperfect PIP systems are established on the basis of 3D beam element and tube-to-tube element in Abaqus. A parameter study was conducted to investigate the effects of these parameters on the critical axial force and post-buckling forms. These parameters include structural parameters such as imperfections, clearance, and bulkhead spacing, pipe/soil interaction parameter, for instance, axial and lateral friction properties between pipeline and seabed, and load parameter submerged weight. Python as a programming language is been used to realize parametric modeling in Abaqus. Some conclusions are obtained which can provide a guide for the design of PIP pipelines.
The behavior of horizontally curved I-girder bridges is complex because the flexural and torsional behavior of curved girders are coupled due to their initial curvature. Also, the behavior is affected by cross beams. To investigate the behavior of horizontally curved I-girder bridges, it is necessary to consider curved girders with cross beams. In order to perform free vibration analyses of horizontally curved I-girder bridges, a finite element formulation is presented here and a finite element analysis program is developed. The formulation that is presented here consists of curved and straight beam elements, including the warping degree of freedom. Based on the theory of thin-walled curved beams, the shape functions of the curved beam elements are derived from homogeneous solutions of the static equilibrium equations. Third-order hermits polynomials are used to form the shape functions of the straight beam elements. In the finite element analysis program, global stiffness and mass matrix are composed, based on the Cartesian coordinate system. The Gupta method is used to efficiently solve the eigenvalue problem. Comparing the results of several examples here with those of previous studies, the formulation presented is verified. The validity of the program developed is shown by comparing results with those analyzed by the shell element.
A nonlinear finite element modeling approach is developed to assess the behavior of a dowel bar embedded on a single concrete block substrate, subjected to monotonic loading. In this approach, a discrete representation of the steel reinforcing bar is considered, using beam finite elements with nonlinear material behavior. The bar is connected to the concrete embedment through nonlinear Winkler spring elements. This modeling approach can only be used if a new constitutive model is developed for the spring elements, to simulate the deformability and strength of the concrete substrate. To define this constitutive model, an extensive literature review was conducted, as well as 3 experimental tests, in order to select the experimental data which can be used in the calibration of the model. Based on this data, an empirical model was established to predict the global dowel response, for a wide range of bar diameters and concrete strengths. This empirical model provided the information needed for calibration of the nonlinear Winkler spring model, valid for dowel displacements up to 4 mm. This new constitutive model is composed by 5 stages, in order to reproduce the concrete substrate response.
Cas, Bojan;Bratina, Sebastjan;Saje, Miran;Planinc, Igor
Steel and Composite Structures
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v.4
no.6
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pp.489-507
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2004
The flexibility of the connection between steel and concrete largely influences the global behaviour of the composite beam. Therefore the way the connection is modelled is the key issue in its structural analysis. Here we present a new strain-based finite element formulation in which we consider non-linear material and contact models. The computational efficiency and accuracy of the formulation is proved with the comparison of our numerical results with the experimental results of Abdel Aziz (1986) obtained in a full-scale laboratory test. The shear connectors are assumed to follow a non-linear load-slip relationship proposed by Ollgaard et al. (1971). We introduce the notion of the generalized slip, which offers a better physical interpretation of the behaviour of the contact and gives an additional material slip parameter. An excellent agreement of experimental and numerical results is obtained, using only a few finite elements. This demonstrates that the present numerical approach is appropriate for the evaluation of behaviour of planar composite beams and perfect for practical calculations.
Calculation of elastic wave fields has important applications in a variety of engineering fields including NDE (Non-destructive evaluation). Scattering problems have been investigated by numerous authors with different solution schemes. For simple geometries of the scatterers (e.g., cylinders or spheres), the analysis of steady-state elastic wave scattering has been carried out using analytical techniques. For arbitrary geometries and multiple inclusions, numerical methods have been developed. Special finite element methods, e.g., the infinite element method and a hybrid method called the Global-Local finite element method have also been developed for this purpose. Recently, the boundary integral equation method has been used successfully to solve scattering problems. In this paper, a volume integral equation method (VIEM) is proposed as a new numerical solution scheme for the solution of general elasto-dynamic problems in unbounded solids containing multiple inclusions and voids or cracks. A boundary integral equation method (BIEM) is also presented for elastic wave scattering problems. The relative advantage of the volume and boundary integral equation methods for solving scattering problems is discussed.
Manzoli, O.L.;Claro, G.K.S.;Rodrigues, E.A.;Lopes, J.A. Jr.
Computers and Concrete
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v.12
no.3
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pp.261-283
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2013
This paper aims to contribute to the three-dimensional generalization of numerical prediction of crack propagation through the formulation of finite elements with embedded discontinuities. The analysis of crack propagation in two-dimensional problems yields lines of discontinuity that can be tracked in a relatively simple way through the sequential construction of straight line segments oriented according to the direction of failure within each finite element in the solid. In three-dimensional analysis, the construction of the discontinuity path is more complex because it requires the creation of plane surfaces within each element, which must be continuous between the elements. In the method proposed by Chaves (2003) the crack is determined by solving a problem analogous to the heat conduction problem, established from local failure orientations, based on the stress state of the mechanical problem. To minimize the computational effort, in this paper a new strategy is proposed whereby the analysis for tracking the discontinuity path is restricted to the domain formed by some elements near the crack surface that develops along the loading process. The proposed methodology is validated by performing three-dimensional analyses of basic problems of experimental fractures and comparing their results with those reported in the literature.
This article presents a finite element (FE) model to assess the free vibration and static response of a functionally graded skew magneto-electro-elastic (FGSMEE) plate. Through the thickness material grading of FGSMEE plate is achieved using power law distribution. The coupled constitutive equations along with the total potential energy approach are used to develop the FE model of FGSMEE plate. The transformation matrix is utilized in bringing out the element matrix corresponding to the global axis to a local axis along the skew edges to specify proper boundary conditions. The effect of skew angle on the natural frequency of an FGSMEE plate is analysed. Further, the study includes the evaluation of the static behavior of FGSMEE plate for various skew angles. The influence of skew angle on the primary quantities such as displacements, electric potential, and magnetic potential, and secondary quantities such as stresses, electric displacement and magnetic induction is studied in detail. In addition, the effect of power-law gradient, thickness ratio, boundary conditions and aspect ratio on the free vibration and static response characteristics of FGSMEE plate has been investigated.
The elastic analysis of floor slabs using the p-version of finite element method encounters stress singularities at certain types of reentrant corners, openings and cut-outs. Results obtained using the computer code based on C.deg. - hierarchic plate element formulated by Reissner-Mindlin theory are compared with theoretical predictions and with computational results reported in the literature. The convergence rate of h-, p- and hp-version can be estimated on the basis of the energy norm in global sense. If accuracy in terms of the number of degree-of-freedom is used as a criterion, the solutions presented here are the most efficient that have been published up to date. Examples are the rhombic plate with the obtuse angle of 150.deg. and the square plate with cut-outs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1777-1784
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2001
This paper provides d simplified engineering J estimation method fur semi-e1liptical surface cracked plates in tension, based on the reference stress approach. Note that the essential element of the reference stress approach is the plastic limit lead in the definition of the reference stress. However, for surface cracks, the definition of the limit load is ambiguous ("local" or "global"limit lead), and thus the most relevant limit load (and thus reference stress) for the J estimation should be determined. In the present work, such limit load solution is found by comparing reference stress bated J results with those from extensive 3-D finite element analyses. Validation of the proposed equation against FF J results based on tactual experimental tensile data of a 304 stainless steel shows excellent agreements not only far the J values at the deepest point but also for those at an arbitrary paint along the crack front, including at the surface point. Thus the present results provide a good engineering tool for elastic-plastic fracture analyses of surface cracked plates in tension.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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