Eratli, Nihal;Yilmaz, Murat;Darilmaz, Kutlu;Omurtag, Mehmet H.
Structural Engineering and Mechanics
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제57권2호
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pp.221-238
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2016
One of the objectives of this study is to implement the direct calculation of the torsional moment of inertia for non-circular cross-sections, which is based on the St. Venant torsion formulation and the finite element method. Recently the proposed method provides a unique calculation of the torsional rigidity of simply and multiply connected cross-sections. Next, free vibration analyses of cylindrical and non-cylindrical helices with non-circular cross-sections are solved by a curved two-nodded mixed finite element based on the Timoshenko beam theory. Some thin-thick closed or open sections are handled and the natural frequencies of cylindrical and non-cylindrical helices are compared with the literature and the commercial finite element program SAP2000.
When the temperature of a structure varies, there is a tendency to produce changes in the shape of the structure. The resulting actions may be of considerable importance in the analysis of the structures having non-prismatic members. Therefore, this study aimed to investigate the modeling, analysis and behavior of the non-prismatic members subjected to temperature changes with the aid of finite element modeling. The fixed-end moments and fixed-end forces of such members due to temperature changes were computed through a comprehensive parametric study. It was demonstrated that the conventional methods using frame elements can lead to significant errors, and the deviations can reach to unacceptable levels for these types of structures. The design formulas and the dimensionless design coefficients were proposed based on a comprehensive parametric study using two-dimensional plane-stress finite element models. The fixed-end actions of the non-prismatic members having parabolic and straight haunches due to temperature changes can be determined using the proposed approach without necessitating a detailed finite element model solution. Additionally, the robust results of the finite element analyses allowed examining the sources and magnitudes of the errors in the conventional analysis.
In this study, computer applied engineering(CAE) techniques are fully used to efficiently conduct structural and dynamic analyses of a huge composite rotor blade using super-element. Computational fluid dynamics(CFD) is used to predict aerodynamic loads of the rotating wind-turbine blade. Structural vibration analysis is conducted based on the non-linear finite element method for composite laminates and multi-body dynamic simulation tools. Various numerical results are presented for comparison and the structural dynamic behaviors of the rotor blade are investigated herein.
A new three-dimensional 8-node solid element with rotational degrees of freedom is presented. The proposed element is established by adding rotational degrees of freedom to the basic 8-node solid element. Thus the element has three translations and three rotational degrees of freedom per node. The corner rotations are introduced by transforming the hierarchical mid-edge displacements which are parabolic shape along an edge. The derivation of the element is based on the mixed variational principles in which the rotations are introduced as independent variables. Several types of non-conforming modes are selectively added to the displacement fields to obtain a series of improved elements. The resulting elements do not have the spurious zero energy modes and Poisson's ratio locking and pass patch test. Numerical examples show that presented non-conforming solid elements with rotational degrees of freedom show good performance even in the highly distorted meshes.
In this paper, the refined plastic-hinge analysis accounting for the effect of strain reversal caused by non-proportional loading is developed. This analysis accounts for material and geometric nonlinearities of the structural system and its component members. Moreover, the problem, conventional refined plastic-hinge analyses have underestimated the strength of structures subjected to non-proportional loading, is overcome. The modified stiffness degradation model approximating the effect of strain reversal is discussed in detail. The proposed analysis is verified by the comparison of the finite element analysis. A case study shows that the effect of strain reversal is a very crucial element to be considered in second-order plastic-hinge analysis. The proposed analysis is shown to be an efficient, reliable tool ready to be implemented into design practice.
The impact behaviour and the impact-induced damage in laminated composite cylindrical shell subjected to transverse impact by a foreign object are studied using three-dimensional non-linear transient dynamic finite element formulation. A layered version of 20 noded hexahedral element incorporating geometrical non-linearity is developed based on total Langragian approach. Non-linear system of equations resulting from non-linear strain displacement relation and non-linear contact loading are solved using Newton-Raphson incremental-iterative method. Some example problems of graphite/epoxy cylindrical shell panels are considered with variation of impactor and laminate parameters and influence of geometrical non-linear effect on the impact response and the resulting damage is investigated.
In this paper an 8-node quadrilateral assumed stress hybrid Mindlin plate element with $39{\beta}$ is presented. The formulation is based on complementary energy principle. The proposed element is free of shear locking and is capable of passing all the patch tests, especially the non-zero constant shear enhanced patch test. To accomplish this purpose, special attention is devoted to selecting boundary displacement interpolation and stress approximation in domain. The arbitrary order Timoshenko beam function is successfully used to derive the boundary displacement interpolation. According to the equilibrium equations, an appropriate stress approximation is rationally derived. Particularly, in order to improve element's accuracy, the assumed stress field is derived by employing $39{\beta}$ rather than conventional $21{\beta}$. The resulting element can be adopted to analyze both moderately thick and thin plates, and the convergence for the very thin case can be ensured theoretically. Excellent element performance is demonstrated by a wide of experimental evaluations.
Calik-Karakose, Ulku H.;Orakdogen, Engin;Saygun, Ahmet I.;Askes, Harm
Structural Engineering and Mechanics
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제52권2호
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pp.221-238
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2014
A four-noded curved shell finite element for the geometrically non-linear analysis of beams curved in plan is introduced. The structure is conceived as a sequence of macro-elements (ME) having the form of transversal segments of identical topology where each slice is formed using a number of the curved shell elements which have 7 degrees of freedom (DOF) per node. A curved box-girder beam example is modelled using various meshes and linear analysis results are compared to the solutions of a well-known computer program SAP2000. Linear and non-linear analyses of the beam under increasing uniformly distributed loads are also carried out. In addition to box-girder beams, the proposed element can also be used in modelling open-section beams with curved or straight axes and circular plates under radial compression. Buckling loads of a circular plate example are obtained for coarse and successively refined meshes and results are compared with each other. The advantage of this element is that curved systems can be realistically modelled and satisfactory results can be obtained even by using coarse meshes.
본 논문에서는 초기값을 갖는 비동질 반무한 평면문제를 비례경계유한요소법으로 해석하기 위하여 무한요소를 이 해석법에 도입하였다. 초기값을 갖는 반무한 평면의 자유면은 비례경계좌표계의 원주방향의 좌표를 이용하여 모델링하였고 무한요소는 이 자유면이 나타내는 무한한 영역을 모사하기 위해 사용되었다. 반무한 평면의 물성치(탄성계수)에 대한 초기값은 비례중심의 위치와 비례경계좌표계에서의 반지름 멱함수를 이용하여 나타내었다. 사상형 무한요소를 사용하여 일관된 정식화가 가능하였고, 제안된 해석법에 대한 적용성과 성능을 두 수치예제를 통하여 보였다.
The presence of reinforcement has a significant influence on the stress-strain behaviour of reinforced concrete structures, expecially when the failure stage of the structures is approached. In the present paper, the constrained and non-constrained zones of concrete due to the presence of reinforcement is developed and the stress-stress-strain behaviour of concrete is enhanced by a reinforcement confinement coefficient, Furthermore, a flexible method for the modelling of reinforcement with arbitrary orientation and not passing the nodes of concrete element is also proposed. Numerical examples and laboratory tests have shown that the coefficient and the modelling technique proposed by the author are satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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