Hosseini-Toudeshky, H.;Farrokhabadi, A.;Mohammadi, B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.43
no.5
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pp.657-678
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2012
The mismatch of ply orientations in composite laminates can cause high interlaminar stress concentrations near the free edges. Evaluation of these interlaminar stresses and their role in the progressive damage analysis of laminates is desirable. Recently, the authors developed a new method to relate the physically based micromechanics approach with the meso-scale CDM considering matrix cracking and induced delamination. In this paper, the developed method is applied for the analysis of edge effects in various angle-ply laminates such as $[10/-10]_{2s}$, $[30/-30]_{2s}$ and $[45/-45]_{2s}$ and comparing the results with available traditional CDM and experimental results. It is shown that the obtained stress-strain behaviors of laminates are in good agreement with the available experimental results and even in better agreement than the traditional CDM results. Variations of the stresses and stiffness components through the laminate thickness and near the free edges are also computed and compared with the available CDM results.
This paper presents a spatial catenary cable element for the nonlinear analysis of cable-supported structures. An incremental-iterative solution based on the Newton-Raphson method is adopted for solving the equilibrium equation. As a result, the element stiffness matrix and nodal forces are determined, wherein the effect of self-weight and pretension are taken into account. In the case of the initial cable tension is given, an algorithm for form-finding of cable-supported structures is proposed to determine precisely the unstressed length of the cables. Several classical numerical examples are solved and compared with the other available numerical methods or experiment tests showing the accuracy and efficiency of the present elements.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1990.10a
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pp.16-21
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1990
Recently, the finite element method has been sucessfully extended to treat the rather couplet phenomena such as nonlinear buckling problems which are of considerable practical interest. In this study, a finite element program to evaluate the elasto-plastic buckling stress is developed. The Stowell's deformation theory for the plastic buckling of flat plates, which is in good agreement with experimental results, is used to evaluate bending stiffness matrix. A bifurcation analysis is performed to compute the elasto-plastic buckling stress. The subspace iteration method is employed to find the eigenvalues. The results are compared with corresponding enact solutions to the governing equations presented by Stowell and also with experimental data due to Pride. The developed program Is applied to obtain elastic and elasto-plastic buckling stresses for various loafing cases. The effect of different plate aspect ratio is also investigated.
Liu, Zhengxing;Yang, Yaowen;Williams, F.W.;Jemah, A.K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.6
no.4
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pp.363-375
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1998
The stiffness matrix of a two-dimensional contact surface element is deduced from the principle of virtual work. The incremental loading procedure used is controlled by displacement and stress. Special potential contact elements are used to avoid the need to rearrange the FEM mesh due to variations of the contact surface as contact develops. Published results are used to validate the method, which is then applied to a turbine to solve the contact problem between the blade root and rotor in the region in which a 'push fit' connects the blade to its rotor.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
The homogenization method is used to develop a beam element in space for thermo-mechanical analysis of unidirectional composites. Local stress and temperature field in the microscale are described using the function of homogenization. The global (macroscopic) behaviour of the structure is supposed to be that of a beam. Beam-type kinematical hypotheses (including independent shear rotations) are hence applied and superposed on the microdescription. A macroscopic stiffness matrix for such a beam element is then developed which contains the microscale properties of the single cell of periodicity. The presented model enables us to analyse without too much computational effort complicated composite structures such as e.g. toroidal coils of a fusion reactor. We need only a FE mesh sufficiently fine for a correct description of the local geometry of a single cell and a few of the newly developed elements for the description of the global behaviour. An unsmearing procedure gives the stress and temperature field in the different materials of a single cell.
In this paper, seismic energy response of inelastic steel structures under earthquake excitations is investigated. For this purpose, a numerical procedure based on nonlinear dynamic analysis is developed by considering material, geometric and connection nonlinearities. Material nonlinearity is modeled by the inversion of Ramberg-Osgood equation. Nonlinearity caused by the interaction between the axial force and bending moment is also defined considering stability functions, while the geometric nonlinearity caused by axial forces is described using geometric stiffness matrix. Cyclic behaviour of steel connections is taken into account by employing independent hardening model. Dynamic equation of motion is solved by Newmark's constant acceleration method in the time history domain. Energy response analysis of space frames is performed by using this proposed numerical method. Finally, for the first time, the distribution of the different energy types versus time at the duration of the earthquake ground motion is obtained where in addition error analysis for the numerical solutions is carried out and plotted depending on the relative error calculated as a function of energy balance versus time.
Kumar, M.R. Nanda;Murthy, A. Ramachandra;Gopinath, Smitha;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.65-89
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2016
This paper presents the development of methodologies using Extended Finite Element Method (XFEM) for cracked unstiffened and concentric stiffened panels subjected to constant amplitude tensile fatigue loading. XFEM formulations such as level set representation of crack, element stiffness matrix formulation and numerical integration are presented and implemented in MATLAB software. Stiffeners of the stiffened panels are modelled using truss elements such that nodes of the panel and nodes of the stiffener coincide. Stress Intensity Factor (SIF) is computed from the solutions of XFEM using domain form of interaction integral. Paris's crack growth law is used to compute the number of fatigue cycles up to failure. Numerical investigations are carried out to model the crack growth, estimate the remaining life and generate damage tolerant curves. From the studies, it is observed that (i) there is a considerable increase in fatigue life of stiffened panels compared to unstiffened panels and (ii) as the external applied stress is decreasing number of fatigue life cycles taken by the component is increasing.
Higher-order theories are very important to investigate the mechanical properties and behaviors of nanoscale structures. In this study, a free vibration behavior of SiNW resting on elastic foundation is investigated via Eringen's nonlocal elasticity theory. Silicon Nanowire (SiNW) is modeled as simply supported both ends and clamped-free Euler-Bernoulli beam. Pasternak two-parameter elastic foundation model is used as foundation. Finite element formulation is obtained nonlocal Euler-Bernoulli beam theory. First, shape function of the Euler-Bernoulli beam is gained and then Galerkin weighted residual method is applied to the governing equations to obtain the stiffness and mass matrices including the foundation parameters and small scale parameter. Frequency values of SiNW is examined according to foundation and small scale parameters and the results are given by tables and graphs. The effects of small scale parameter, boundary conditions, foundation parameters on frequencies are investigated.
This paper analyzes the variation law of the pipe lateral vibration characteristics, it was treated as a beam model, and was dispersed into several subunits based on the FEM. The corresponding stiffness and mass matrix of the pipe was deduced by using Hermite interpolation function, and the overall dynamic balance equation was established. The lateral vibration under different pipe lengths, thicknesses and towing speeds are solved by integral method. The results show that the pipe vibration trend decreases first and then increases, and the vibration value at the ore bin is larger than that at the pump set, and the value at the top is the largest, and the least value location can change with the length increase. Increasing length and thickness can reduce lateral vibration value, while increasing speed can increase the value. Neither the thickness nor the towing speed will change the location where the least value occurs. The vibration intensity will increase with the decrease of pipe length and thickness and the increase of towing speed.
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