레벨셋방법과 헤비사이드 강화를 이용한 아이소-지오메트릭 위상최적설계 방법을 개발하였다. 레벨셋 방법에서는 초기해석영역은 고정되어 있으며 경계는 레벨셋 함수값을 이용한 암시적인 동적 경계로 표현되며, 이는 복잡한 위상적 변화를 용이하게 표현할 수 있게 한다. 헤비사이드 강화는 기존의 기저함수에 내부 경계를 표현하는 강화 함수를 더함으로써 아이소-지오메트릭 해석법의 정밀도를 향상시킨다. 제안된 위상 최적설계 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다. 아이소-지오메트릭 해석법을 이용하여 정밀한 기하 형상을 얻을 수 있으며 텐서 곱을 이용하여 정의된 패치의 한계를 헤비사이드 강화를 이용함으로써 해결할 수 있다. 단일 패치를 사용함으로써 연속적인 응력 분포를 얻어낼 수 있을 뿐 아니라 불연속적인 변위장 또한 표현해 낼 수 있다. 레벨셋 방법론이 암시적 동적 경계를 잘 표현하기 때문에 이를 이용하여 헤비사이드 강화를 이용한 아이소-지오메트릭 해석법에서 위상의 변화를 잘 표현해 낼 수 있다.
The closed form solution of the equilibrium equations in the ultimate design of reinforced concrete sections under biaxial bending is presented. The stresses in the materials are described by the Model Code 1990 equations. Computation of the integral equations is performed generally in terms of all variables. The deformed shape of the section in the ultimate conditions is defined by Heaviside functions. The procedure is convenient for the use of mathematical manipulation programs and the results are easily included into nonlinear analysis codes. The equations developed for rectangular sections can be applied for other sections, such as T, L, I for instance, by decomposition into rectangles. Numerical examples of the developed model for rectangular sections and composed sections are included.
This paper presents an algorithm for the evaluation of stresses in reinforced concrete sections under service loads. The algorithm is applicable to any section defined by polygonal contours and is based on an analytical integration of the stresses. The nonlinear behaviour of concrete is represented by the parabola-rectangle law used in the Eurocode-2 for the ultimate concrete design. An integrated definition of the strains in concrete and steel is possible by the use of Heaviside functions, similarly to what is done for ultimate section design in Barros et al. (2004). Other constitutive equations for the definition of the stresses in the concrete or steel can be easily incorporated into the code. The examples presented consist in the evaluation of resulting axial load and bending moment in an irregular section and in a section in L shape. The results, for service stresses, can also be plotted in terms of design abacus; a rectangular doubly reinforced section is presented as example.
The zone-conditioned CMC equations are derived by taking an unconditional average of the generic conservation equations multiplied by delta and Heaviside functions in terms of mixture fraction and reaction progress variable. The resulting equations are essentially in the same form as the single zone CMC equations except for separate flow fields for burned and unburned gas. The zone-conditioned two-fluid equations are applied to a stagnating turbulent premixed flame brush of Cheng and Shepherd[5l. It is shown that the flame stretch factor is of crucial importance to accurately reproduce the measured mean reaction progress variable and conditional velocities. Further work is in progress for the relationship between surface and volume averages and extension to partially premixed combustion on the basis of a triple flame structure, e. g. in a lifted turbulent diffusion flame.
The dynamic characteristics of delaminated smart composite laminates are studied using animproved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all free surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) has commonly been used to strengthen existing RC structures. Wrapping the whole component with CFRP is an effective method and simple to execute. Besides, specific configuration of CFRP sheets (L, X and T shape) has also been considered in some experiments to examine CFRP effects in advance. This study aimed to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection using continuous material topology optimization procedure. In addition, Moved and Regularized Heaviside Functions and penalization factors were also considered. Furthermore, a multi-material procedure was also used to compare with the results from the single material procedure.
The transient analysis of delaminated smart composite laminates is studied using an improved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all fee surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
Discharge analysis technique for dielectric liquid was presented by using the Finite Element Analysis (FEA) under a lightning impulse incorporating two-phase flow phenomena which described gas and liquid phases in discharge space. Until now, the response of step voltage has been extensively explored, but that of lightning impulse voltage was rarely viewed in the literature. We, therefore, developed an analyzing technique for dielectric liquid in a tip-sphere electrode stressed by a high electric field. To capture the bubble phase, the Heaviside function was introduced mathematically and the material functions for the ionization, dissociation, recombination, and attachment were defined in liquid and bubble, respectively. By using this numerical setup, the molecular dissociation and ionization mechanisms were tested under low and high electric fields resulted from the lightning impulse voltage of 1.2/50 ${\mu}s$. To verify our numerical results, the velocity of electric field wave was measured and compared to the previous experimental results which can be viewed in many papers. Those results had good agreement with each other.
Nguyen, Anh P.;Banh, Thanh T.;Lee, Dongkyu;Lee, Jaehong;Kang, Joowon;Shin, Soomi
Steel and Composite Structures
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제29권5호
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pp.635-645
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2018
Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.
수위-유량 관계 곡선을 나타내는 곡선식에 포함되어 있는 매개변수의 추정을 위해 많이 사용되는 로그선형 회귀분석은 잔차의 비등분산성(heteroscedasticity)을 고려하지 못하므로 본 연구에서는 의사우도추정법(pseudolikelihood estimation, P-LE)에 의해 분산함수를 추정하고 이와 함께 회귀계수를 추정할 수 있는 방법을 제시하였다. 이 과정에서 제시된 회귀잔차를 최소화하기 위하여 SA(simulated annealing)이라는 전역 최적화 알고리즘을 적용하였다. 또한 수위-유량 관계 곡선은 단면 등의 영향으로 인해 구간에 따라 각각 다르게 구축되어져야 하므로 이를 보다 객관적으로 판단하고 분리 위치를 추정하기 위하여 Heaviside 함수를 의사우도함수에 포함시켜 결과를 추정하도록 하였으며, 2개의 구간을 가지는 유량자료를 이용하여 제시된 방법의 합리성을 통계적으로 실험하였다. 이와 같이 통계적 실험을 통해 제시된 방법들이 기존 방법과 비교하여 가질 수 있는 장점을 파악하였으며, 제시된 방법들을 금강유역 5개 지점에서 대해 수행하여 효율성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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