In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
This study carried out finite element vibration analysis of pole structures made of GFRP, which is based on the micro-mechanical approach for different fiber-volume fractions. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. The FE model is used for studying free vibrations of laminated composite poles for various fiber-volume fractions. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the dynamic characteristics of composite structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures for better dynamic performance.
The research described in this paper investigates the seismic behaviour of lightly reinforced concrete (RC) bearing sandwich panels, heavily conditioned by shear deformation. A numerical model has been prepared, within an open source finite element (FE) platform, to simulate the experimental response of this emerging structural system, whose squat-type geometry affects performance and failure mode. Calibration of this equivalent mechanical model, consisting of a group of regularly spaced vertical elements in combination with a layer of nonlinear springs, which represent the cyclic behaviour of concrete and steel, has been conducted by means of a series of pseudo-static cyclic tests performed on single full-scale prototypes with or without openings. Both cantilevered and fixed-end shear walls have been analyzed. After validation, this numerical procedure, including cyclic-related mechanisms, such as buckling and subsequent slippage of reinforcing re-bars, as well as concrete crushing at the base of the wall, has been used to assess the capacity of two- and three-dimensional low- to mid-rise box-type buildings and, hence, to estimate their strength reduction factors, on the basis of conventional pushover analyses.
A finite element computer program is developed for the specific analysis of earth retaining structures in urban excavation. Unlike the existing multi -purpose FEM programs, the newly developed program (EM) consists of very simple and easy data processing system for the urban excavation. A non-linear material model(GDHM, Generalized Decoupled Hyperbolic Models is deviloped and implemented in the program EM. The results of large scale model tests for earth retaining structures are used for the vertification of EM along whit GDHM, and the results were satisfactory, but it was found that the program EM needs minor modification for the improvement of its accuracy.
Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.05a
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pp.62-65
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2004
Recently, an approach for nanoscale deformation has been developed that couples the atomistic and continuum approaches using Finite Element Method (FEM) and Molecular Dynamics (MD). However, this approach still has problems to connect two approaches because of the difference of basic assumptions, continuum and atomistic. To solve this problem, an alternative way is developed that connects the quasimolecular dynamics (QMD) and molecular dynamics (MD). In this paper, we suggest the way to make and validate the MD-QMD coupled model.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.379-387
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2012
This study investigates free vibration characteristics of new energy harvesting multi-layer block structures with different geometrical shapes using solid and shell finite elements and evaluate their piezoelectric effect on experiments. The two and three-dimensional finite element (FE) delamination models for block structures described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the entire vibration mode shape. The FE model using ABAQUS is used for studying free vibrations of multi-layer block structures for various tip mass and PZT. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the global and local vibration modes for various parameters, such as size of block shape, existence of tip mass and hole, and location of tip mass and PZT. In addition, we evaluate the power generation capacity of developed energy block structures through a laboratory-scale experiment.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.4
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pp.525-535
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1999
In this study, a new method of fabricated concrete deck bridge construction is proposed. This paper details the method in which concrete multi-girders and fabricated concrete decks are rested on the upper flange of the girder and the female to female type sheat-key is formed to connect girder and deck. The finite element analysis is performed to verify the accuracy of the structural behaviors of the fabricated concrete deck bridge by comparing with experimental results. The first task performed is the analysis of the equilibrium of the member force occurring between the deck and the girder. After verifying equilibrium of the member force determined by the finite element analysis, this process is applied to the analysis of maximum member force as the position of design load. This task is utilized to determine the safety of each member according to the same scale finite element model. The final process in this study is to compare the deflection of girders used in experiment with that of the same scale finite element model to verify the strength of fabricated cincrete deck bridge. By this comparison, it is shown that the behavior of the fabricated concrete deck bridge is almost same as the finite element analysis. The second task is to analyze the load distribution effect according to the number of diaphragms and the composite effect due to the cinnection of the deck and girder by the finite element analysis. From the results of second task, it is found that the load distribution effect is not related to the number of diaphragms in case of the central loading, but is related to the number of diaphragms for eccentric loading. Analysis of the load distribution indicates that the effective number of diaphragm is three. It is also shown that the maximum deflection is decreased to almost one half due to the composite action of the deck and girder.
This paper presents a linear computational homogenization framework to evaluate the effective (or generalized) electromechanical coupling coefficient (EMCC) of adaptive structures with piezoelectric structural fiber (PSF) composite elements. The PSF consists of a silicon carbide (SiC) or carbon core fiber as reinforcement to a fragile piezo-ceramic shell. For the micro-scale analysis, a micromechanics model based on the variational asymptotic method for unit cell homogenization (VAMUCH) is used to evaluate the overall electromechanical properties of the PSF composites. At the macro-scale, a finite element (FE) analysis with the commercial FE code ABAQUS is performed to evaluate the effective EMCC for structures with the PSF composite patches. The EMCC is postprocessed from free-vibrations analysis under short-circuit (SC) and open-circuit (OC) electrodes of the patches. This linear two-scale computational framework may be useful for the optimal design of active structure multi-functional composites which can be used for multi-functional applications such as structural health monitoring, power harvest, vibration sensing and control, damping, and shape control through anisotropic actuation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.183-190
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2003
Major device failures such as die cracking, interfacial delamination and warpage in flip chip packages are due to excessive heat and thermal gradients- There have been significant researches toward understanding the thermal performance of electronic packages, but the majority of these studies do not take into account the combined effects of thermo-mechanical interactions of the different package constituents. This paper investigates the thermo-mechanical performance of flip chip package constituents based on the finite element method with thermo-mechanically coupled elements. Delaminations with different lengths between the silicon die and underfill resin interfaces were introduced to simulate the defects induced during the assembly processes. The temperature gradient fields and the corresponding stress distributions were analyzed and the results were compared with isothermal case. Parametric studies have been conducted with varying thermal conductivities of the package components, substrate board configurations. Compared with the uniform temperature distribution model, the model considering the temperature gradients provided more accurate stress profiles in the solder interconnections and underfill fillet. The packages with prescribed delaminations resulted in significant changes in stress in the solder. From the parametric study, the coefficients of thermal expansion and the package configurations played significant roles in determining the stress level over the entire package, although they showed little influence on stresses profile within the individual components. These observations have been implemented to the multi-board layer chip scale packages (CSP), and its results are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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