With an active structural involvement in spiral case structure (SCS) that is always the design and research focus of hydroelectric power plant (HPP), the compressible membrane sandwiched between steel spiral case and surrounding reinforced concrete was often assumed to be linear elastic material in conventional design analysis of SCS. Unfortunately considerable previous studies have proved that the foam material serving as membrane exhibits essentially nonlinear mechanical behavior. In order to clarify the effect of membrane (foam) material's nonlinear stress-strain behavior on SCS, this work performed a case study on SCS with a compressible membrane using the ABAQUS code after a sound calibration of the employed constitutive model describing foam material. In view of the successful capture of fitted stress-strain curve of test by the FEM program, we recommend an application and dissemination of the simulation technique employed in this work for membrane material description to structural designers of SCS. Even more important, the case study argues that taking into account the nonlinear stress-strain response of membrane material in loading process is definitely essential. However, we hold it unnecessary to consider the membrane material's hysteresis and additionally, employment of nonlinear elastic model for membrane material description is adequate to the structural design of SCS. Understanding and accepting these concepts will help to analyze and predict the structural performance of SCS more accurately in design effort.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.8
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pp.2051-2060
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1993
A finite element program using degenerated shell element was developed to solve the geometric, material and combined nonlinear behaviors of composite laminated shell. The total Lagrangian method was implemented for geometric nonlinear analysis. The material nonlinear behavior was analyzed by considering the matrix degradation due to the progressive failure in the matrix and matrix-fiber interface after initial failure. The result of the geometric nonlinear analysis showed good agreement with the other exact and numerical solutions. The results of the combined analyses considered both geometric and material nonlinear analyses were compared with the experiments in which internal pressure was applied to the filament wound antisymmetric tubes.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.50-55
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2013
In order to understand the biomaterial like the blood vessel of artery, there is a need to quantify the biomechanical behavior of the vessel. However, theoretical framework to describe and quantify the behaviour of blood vessel was not well established so far. For studying the biomechanical behavior of artery, Rubber-liked material which is similar to passive artery is selected since conventional theoretical interpretation is very limited to understand and predict the behavior of biomaterial. Rubber-like material is assumed to be very similar to artery and has properties of isotropy, homogeneity and is undergoing large deformation. Based on this assumption, stress developed on Rubber-like material is described by strain energy function and strain invariants which are required to understand the nonlinear elastic behavior of biomaterial. The descriptor which would be used for understanding the biomechanical behavior of artery is studied in this work.
This study presents a new beam-column model comprising material nonlinearity and joint flexibility to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The nonlinear behavior of connections has an outstanding role on the nonlinear response of reinforced concrete structures. In presented research, the joint flexibility is considered applying a rotational spring at each end of the member. To derive the moment-rotation behavior of beam-column connections, the relative rotations produced by the relative slip of flexural reinforcement in the joint and the flexural cracking of the beam end are taken into consideration. Furthermore, the considered spread plasticity model, unlike the previous models that have been developed based on the linear moment distribution subjected to lateral loads includes both lateral and gravity load effects, simultaneously. To confirm the accuracy of the proposed methodology, a simply-supported test beam and three reinforced concrete frames are considered. Pushover and nonlinear dynamic analysis of three numerical examples are performed. In these examples the nonlinear behavior of connections and the material nonlinearity using the proposed methodology and also linear flexibility model with different number of elements for each member and fiber based distributed plasticity model with different number of integration points are simulated. Comparing the results of the proposed methodology with those of the aforementioned models describes that suggested model that only uses one element for each member can appropriately estimate the nonlinear behavior of reinforced concrete structures.
The purpose of this study is to present different composed material models for reinforced concrete structures (RC). For this aim a nonlinear finite element analysis program is coded in MATLAB. This program contains several yield criteria and stress-strain relationships for compression and tension behavior of concrete. In this study, the well-known criteria, Drucker-Prager, von Mises, Mohr Coulomb, Tresca, and two new criteria, Hsieh-Ting-Chen and Bresler-Pister, are taken into account. It is concluded that the coded program, the new yield criteria, and the models considered can be effectively used in the nonlinear analysis of reinforced concrete beams.
The truss based steel bridge structures usually consists of gusset plates which lose their load carrying capacity and rigidity under the effect of repeated and dynamics loads. This paper is focused on modeling the nonlinear material behavior of the gusset plates of the Truss Based Bridges subjected to dynamics loads. The nonlinear behavior of material is characterized by a damage coupled elsto-plastic material models. A truss bridge finite element model is established in Abaqus with the details of the gusset plates and their connections. The nonlinear finite element analyses are performed to calculate stress and strain states in the gusset plates under different loading conditions. The study indicates that damage initiation occurred in the plastic deformation localized region of the gusset plates where all, diagonal, horizontal and vertical, truss member met and are critical for shear type of failure due tension and compression interaction. These findings are agreed with the analytical and experimental results obtained for the stress distribution of this kind gusset plate.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.3
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pp.74-79
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2010
Automotive industries are interested in material development with low weight and recycling. Grommet is made from EPDM at rubber and used as an automotive component. The nonlinear material properties of rubber are important to predict the behaviors of rubber product. This study concerns material property test to achieve stress-strain curve. Curve fitting is carried out to obtain the nonlinear material constant. The nonlinear material constants of rubber are used for the nonlinear finite element analysis. The results of finite element analysis is executed to predict the behavior property of grommet.
In this paper, the nonlinear vibration behavior of the spiral stiffened multilayer functionally graded (SSMFG) cylindrical shells exposed to the thermal environment and a uniformly distributed harmonic loading using a semi-analytical method is investigated. The cylindrical shell is surrounded by a nonlinear viscoelastic foundation consisting of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness. The distribution of temperature and material constitutive of the stiffeners are continuously changed through the thickness direction. The cylindrical shell has three layers consisting of metal, FGM, and ceramic. The interior layer of the cylindrical shell is rich in metal, while the exterior layer is rich in ceramic, and the FG material is located between two layers. The nonlinear vibration problem utilizing the smeared stiffeners technique, the von Kármán equations, and the Galerkin method has been solved. The multiple scales method is utilized to examine the nonlinear vibration behavior of SSMFG cylindrical shells. The considered resonant case is 1:3:9 internal resonance and subharmonic resonance of order 1/3. The influences of different material and geometrical parameters on the vibration behavior of SSMFG cylindrical shells are examined. The results show that the angles of stiffeners, temperature, and elastic foundation parameters have a strong effect on the vibration behaviors of the SSMFG cylindrical shells.
Al-Rousan, Rajai Z.;Alhassan, Mohammed A.;Hejazi, Moheldeen A.
Computers and Concrete
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v.22
no.6
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pp.539-550
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2018
Concrete is highly non-linear material which is originating from the transition zone in the form of micro-cracks, governs material response under various loadings. In this paper, the constitutive models published by many researchers have been used to generate novel stiffness parameters and constitutive curves for concrete. Following such linear material formulations, where the energy is conservative during the curvature, and a nonlinear contribution to the concrete has been made and investigated. In which, nonlinear concrete elastic modulus modeling has been developed that is capable-of representing concrete elasticity for grades ranging from 10 to 140 MPa. Thus, covering the grades range of concrete up to the ultra-high strength concrete, and replacing many concrete models that are valid for narrow ranges of concrete strength grades. This has been followed by the introduction of the nonlinear Hooke's law for the concrete material through the replacement of the Young constant modulus with the nonlinear modulus. In addition, the concept of concrete elasticity index (${\varphi}$) has been proposed and this factor has been introduced to account for the degradation of concrete stiffness in compression under increased loading as well as the multi-stages micro-cracking behavior of concrete under uniaxial compression. Finally, a sub-routine artificial neural network model has been developed to capture the concrete behavior that has been introduced to facilitate the prediction of concrete properties under increased loading.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.28
no.1
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pp.79-92
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1992
This is analyzed using the finite element method which is appling excellent isoparametric curve element in the aspect of large usages of dynamic responses in which is regarding geometric and material nonlinear of a large scale shell structure of an airplane, a submarine, a ship, and an ocean structure. The solution of dynamic equations is got by direct integration method using time-stepping procedure and regarding Central Difference Method of the both solutions. But because formal matrix factorization is not necessary in each time step and it does not take less time to compute relatively, this method must be regarded very few time steps on the condition. Axisymmatric shell problems are inspected using 8 node Isoparametric element in this paper. Partial axisymmatric spherical shell is used as a model to analyze axisymmatric nonlinear dynamic behavior regarding. Total Lagrangian formulation in geometric nonlinear behavior and elastio-viscoplastic in material nonlinear behavior.
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