Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.3
no.4
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pp.329-336
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2000
A geometric and material nonlinear finite element analysis is developed for the layered elastomeric bearings. In this study, a mixed variational approach with separate variables is used to describe the displacement and volume change of rubber. To represent finely deformed behavior, Kirchoff stress tensors are used and converted Eulerian stress tensors to describe real physical meanings. Newton's method is utilized to solve the governing nonlinear finite element equations. Numerical test are performed in the case of compression and shear to verify the theory and to illustrate the application of this analysis. And the results of this study were compared to the results of Moore's discrete finite element analysis.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.309-313
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2000
A structural-acoustic coupling problem involving fluid in a cavity divided with flexible walls and porous materials is investigated in this paper. In many practical problems, the use of finite elements to discretize the fluid region leads to large stiffness and mass matrices. But, since the acoustic boundary element discretization requires to put elements only on the surface of structure, the size of matrices is reduced considerably. Here, we developed a numerical analysis program for the structural-acoustic coupling problems of the multi-region cavity, using boundary elements for the fluid regions and finite elements for the structure. By considering sound transmission through layered systems placed in a cavity, the accuracy of the coupled acoustical-structural finite element model has been verified by comparing its transmission loss predictions with analytical sloutions. Example problems are included to investigate the characteristics of the multi-region structural-acoustic coupling system with porous material.
The use of higher strength materials with the strength methed of design has resulted in more slender member and shallower sections. For this reason, it is necessary to satisfy the requirements of serviceability even though the structural safety is the most important limit state. This paper is only concerned with the control of deflections in the serviceability. In this study, an analytical model is presented to predict the deflections of reinforced concrete beams to given loading and environmental conditions. This model is based on the finite element approach in which a finite element is generally divided into a number of stiffening effect due to cracking, creep and shrinkage. Comparisons are made with available measured deflections reported by others to assess the capability of the layered beam model. The calculated values of instantaneous and long-term deflection show good agreement with experimental results in the range of tension stiffening parameter $\beta$ between 2.5 and 3.0.
A circular tank foundation resting on the ground and subjected to axisymmetric horizontal and vertical loads and moments is analyzed using the variational principles of mechanics. The circular foundation is assumed to behave as a Kirchhoff plate with in-plane and transverse displacements. The soil beneath the foundation is assumed to be a multi-layered continuum in which the horizontal and vertical displacements are expressed as products of separable functions. The differential equations of plate and soil displacements are obtained by minimizing the total potential energy of the plate-soil system and are solved using the finite element and finite difference methods following an iterative algorithm. Comparisons with the results of equivalent two-dimensional finite element analysis and other researchers establish the accuracy of the method.
Numerical studies on bearing capacity problems of layered clay are performed for smooth and rough strip footings. The finite element method and finite difference method (FLAC) are used for computations of the bearing capacity, entire load-displacement curve and the failure mechanism. The presented results show that it is possible to analyze the bearing capacity of layered clay and to give a progressive failure mechanism clearly. To obtain high quality solutions, it is necessary to review the results on control parameters(e.g., yield function, number of calculation) and compare the results by two numerical methods.
Asiri, Saeed A.;Akbas, Seref D.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.713-722
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2020
This article aims to illustrate the damped dynamic responses of layered functionally graded (FG) thick 2D beam under dynamic pulse sinusoidal load by using finite element method, for the first time. To investigate the response of thick beam accurately, two-dimensional plane stress problem is assumed to describe the constitutive behavior of thick beam structure. The material is distributed gradually through the thickness of each layer by generalized power law function. The Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive model is exploited to include the material internal damping effect. The governing equations are obtained by using Lagrange's equations and solved by using finite element method with twelve -node 2D plane element. The dynamic equation of motion is solved numerically by Newmark implicit time integration procedure. Numerical studies are presented to illustrate stacking sequence and material gradation index on the displacement-time response of cantilever beam structure. It is found that, the number of waves increases by increasing the graduation distribution parameter. The presented mathematical model is useful in analysis and design of nuclear, marine, vehicle and aerospace structures those manufactured from functionally graded materials (FGM).
Kim Tae-Hoon;Choi Jung-Ho;Kim Woon-Hak;Shin Hyun Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.4
s.88
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pp.645-654
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2005
This paper presents a nonlinear finite element procedure for the analysis of reinforced and prestressed concrete shells using the four-node quadrilateral flat shell element with drilling rotational stiffness. A layered approach is used to discretize, through the thickness, the behavior of concrete, reinforcing bars and tendons. Using the smeared-crack method, cracked concrete is treated as an orthotropic nonlinear material. The steel reinforcement and tendon are assumed to be in a uni-axial stress state and to be smeared in a layer. The constitutive models, which cover the loading, unloading, and reloading paths, and the developed finite element procedure predicts with reasonable accuracy the behavior of reinforced and prestressed concrete shells subjected to different types of loading. The proposed numerical method fur nonlinear analysis of reinforced and prestressed concrete shells is verified by comparison with reliable experimental results.
An analytical method based on the nonlinear layered finite element method is developed to simulate an overall load-deflection behavior of strengthened beams. The developed model distinguishes itself by its capability to trace residual flexural behavior of a beam after the fracture of brittle strengthening materials at peak load. The model. which uses a rather advanced numerical technique for iterative convergence to equilibrium, can be regarded as superior to the two models based on load control and displacement control The model predictions were compared with the experimental results and it was observed that there was good agreement between them.
In this study, the elastic plane problem of a layered composite containing an internal or edge crack perpendicular to its boundaries in its lower layer is examined using numerical analysis. The layered composite consists of two elastic layers having different elastic constants and heights. Two bonded layers rest on a homogeneous elastic half plane and are pressed by a rigid cylindrical stamp. In this context, the Finite Element Method (FEM) based software called ANSYS is used for numerical solutions. The problem is solved under the assumptions that the contacts are frictionless, and the effect of gravity force is neglected. A comparison is made with analytical results in the literature to verify the model created and the results obtained. It was found that the results obtained from analytical formulation were in perfect agreements with the FEM study. The numerical results for the stress-intensity factor (SIF) are obtained for various dimensionless quantities related to the geometric and material parameters. Consequently, the effects of these parameters on the stress-intensity factor are discussed. If the FEM analysis is used correctly, it can be an efficient alternative method to the analytical solutions that need time.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.4
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pp.421-427
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2015
In this paper, a description is given of finite element method (FEM) simulations of the elastic bending modulus of multi-layered graphene sheets that were carried out to investigate the mechanical behavior of graphene sheets with different gap thicknesses through molecular mechanics theory. The interaction forces between layers with various gap thicknesses were considered based on the van der Waals interaction. A finite element (FE) model of a multi-layered rectangular graphene sheet was proposed with beam elements representing bonded interactions and spring elements representing non-bonded interactions between layers and between diagonally adjacent atoms. As a result, the average elastic bending modulus was predicted to be 1.13 TPa in the armchair direction and 1.18 TPa in the zigzag direction. The simulation results from this work are comparable to both experimental tests and numerical studies from the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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