Purpose: This study intends to develop a nonlinear cyclic plasticity damage model in the framework of finite element formulation, which is capable of taking large deformation effects into account, in order to accurately predict the hysteretic behavior of stainless steel structures. Method: The new cyclic constitutive equations that utilize the combined isotropic-kinematic hardening rule for plastic deformation is incorporated into the damage mechanic model in conjunction with the large strain formulation. The damage growth law is based on the experimental observations that the evolution of microvoids yields nonlinear damage accumulation with plastic deformation. The damage model parameters and the procedure for their identification are presented. Results and Conclusion: The proposed nonlinear damage model has been verified by simulating uniaxial strain-controlled monotonic and cyclic loading tests, and successfully applied to a thin-walled stainless steel pipe subjected to constant and alternating strain-controlled cyclic loadings.
International conference on construction engineering and project management
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2024.07a
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pp.1317-1317
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2024
As climate change escalates extreme weather events, the structural durability of plastic greenhouses, constituting 90% of Korea's facility agriculture, emerges as a critical issue. These greenhouses are pivotal for year-round crop cultivation and high-quality agricultural production. In 2021, collapses caused around US$2 million in damages, mainly due to heavy snowfall and strong winds, accounting for 97% of incidents. The Korean Ministry of Agriculture responded by disseminating disaster-resistant standardized designs, yet more robust standards are needed. Current designs rely on elastic analysis, but plastic greenhouses display nonlinear behavior due to factors like residual stress and local buckling. Our study employs a refined plastic hinge method and finite element analysis to analyze structures, considering progressive yielding. We conducted loading tests using scale down models of plastic greenhouses in accordance with similitude laws. Based on these tests, the deformation of models under different load conditions was measured and compared with the deformation of greenhouse using our nonlinear structural analysis. This study will contribute to the development of reliable design criteria for plastic greenhouses in response to climate extremes such as heavy snowfall and typhoons. In addition, by identifying the deformation characteristics of plastic greenhouses due to loads, it can contribute to establishing usability standards for greenhouses, and reinforcement measures for vulnerable areas which are easily deformed under load can be considered.
Kim, Tae-Hoon;Han, Tae-Gon;Yoo, Ki-Cheong;Lee, Song
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.20
no.6
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pp.61-73
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2004
The coefficient of permeability of natural clay shows a nonlinear property which is related to various stress level of soils, and this nonlinear property has effect on the period of consolidation and the property of deformation in clay soils under loading. Thus, in this paper the numerical analysis was conducted by FEM-using coupled theory which incorporated Biot's consolidation theory into modified Cam-clay model- to consider the effects of nonlinear permeability on the behavior of clay soils under loading. The result of this paper showed that nonlinear permeability had different effects on the deformation and excess pore water pressure in clay soils according to the change of ratios of coefficients of permeability which was presented a degree of nonlinear property, and average coefficients of permeability of soils. Therefore, it was concluded that nonlinear permeability should be considered according to both the change of ratios of coefficients of permeability and average coefficients of permeability to conduct more simultaneous analyses to field conditions.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.748-751
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2001
Monoleaflet polymer artificial heart valve was known to show remarkable improvement in antithrombosis and pressure drop compared with other type of artificial valve. In this investigation monoleaflet the vertical and horizontal deflection pattern of polymer heart valve with three types of supporting members straight member, and two curved members was analysed using the large deformation nonlinear finite element method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.3
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pp.120-124
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2003
Monoleaflet polymer artificial heart valve was known to show remarkable improvement in antithrombosis and pressure drop compared with other type of artificial valve. In this investigation of monoleaflet heart valve the vertical and horizontal deflection pattern of polymer heart valve with three types of supporting members, straight member and two curved members were analysed using the large deformation nonlinear finite element method.
This paper deals with the nonlinear finite element analysis of fibre-reinforced plastic poles. Based on the principle of stationary potential energy and Novozhilov's derivations of nonlinear strains, the formulations for the geometric nonlinear analysis of general shells are derived. The formulations are applied to the fibre-reinforced plastic poles which are treated as conical shells. A semi-analytical finite element model based on the theory of shell of revolution is developed. Several aspects of the implementation of the geometric nonlinear analysis are discussed. Examples are presented to show the applicability of the nonlinear analysis to the post-buckling and large deformation of fibre-reinforced plastic poles.
Numerical analysis of large amplitude free vibration behaviour of laminated composite spherical shell panel embedded with the piezoelectric layer is presented in this article. For the investigation purpose, a general nonlinear mathematical model has been developed using higher order shear deformation mid-plane kinematics and Green-Lagrange nonlinearity. In addition, all the nonlinear higher order terms are included in the present mathematical model to achieve any general case. The nonlinear governing equation of freely vibrated shell panel is obtained using Hamilton's principle and discretised using isoparametric finite element steps. The desired nonlinear solutions are computed numerically through a direct iterative method. The validity of present nonlinear model has been checked by comparing the responses to those available published literature. In order to examine the efficacy and applicability of the present developed model, few numerical examples are solved for different geometrical parameters (fibre orientation, thickness ratio, aspect ratio, curvature ratio, support conditions and amplitude ratio) with and/or without piezo embedded layers and discussed in details.
In this article, nonlinear free vibration behaviour of functionally graded spherical panel is analysed. A nonlinear mathematical model is developed based on higher order shear deformation theory for shallow shell by taking Green-Lagrange type of nonlinear kinematics. The material properties of functionally graded material are assumed to be varying continuously in transverse direction and evaluated using Voigt micromechanical model in conjunction with power-law distribution. The governing equation of the shell panel is obtained using Hamilton's principle and discretised with the help of nonlinear finite element method. The desired responses are evaluated through a direct iterative method. The present model has been validated by comparing the frequency ratio (nonlinear frequency to linear frequency) with those available published literatures. Finally, the effect of geometrical parameters (curvature ratio, thickness ratio, aspect ratio and support condition), power law indices and amplitude of vibration on the frequency ratios of spherical panel have been discussed through numerical experimentations.
Nonlinear behavior of functionally graded material (FGM) plates under thermal loads is investigated here using an efficient sinusoidal shear deformation theory. The displacement field is chosen based on assumptions that the in-plane and transverse displacements consist of bending and shear components, and the shear components of in-plane displacements give rise to the sinusoidal distribution of transverse shear stress through the thickness in such a way that shear stresses vanish on the plate surfaces. Therefore, there is no need to use shear correction factor. Unlike the conventional sinusoidal shear deformation theory, the proposed efficient sinusoidal shear deformation theory contains only four unknowns. The material is graded in the thickness direction and a simple power law based on the rule of mixture is used to estimate the effective material properties. The neutral surface position for such FGM plates is determined and the sinusoidal shear deformation theory based on exact neutral surface position is employed here. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface-based formulation, and consequently, the governing equations and boundary conditions of functionally graded plates based on neutral surface have the simple forms as those of isotropic plates. The non-linear strain-displacement relations are also taken into consideration. The thermal loads are assumed as uniform, linear and non-linear temperature rises across the thickness direction. Closed-form solutions are presented to calculate the critical buckling temperature, which are useful for engineers in design. Numerical results are presented for the present efficient sinusoidal shear deformation theory, demonstrating its importance and accuracy in comparison to other theories.
Thirumalaiselvi, A.;Anandavalli, N.;Rajasankar, J.;Iyer, Nagesh R.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.1
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pp.167-184
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2016
This paper presents the details of Finite Element (FE) analysis carried out to determine the limiting deformation capacity and failure mode of Laced Steel-Concrete Composite (LSCC) beam, which was proposed and experimentally studied by the authors earlier (Anandavalli et al. 2012). The present study attains significance due to the fact that LSCC beam is found to possess very high deformation capacity at which range, the conventional laboratory experiments are not capable to perform. FE model combining solid, shell and link elements is adopted for modeling the beam geometry and compatible nonlinear material models are employed in the analysis. Besides these, an interface model is also included to appropriately account for the interaction between concrete and steel elements. As the study aims to quantify the limiting deformation capacity and failure mode of the beam, a suitable damage model is made use of in the analysis. The FE model and results of nonlinear static analysis are validated by comparing with the load-deformation response available from experiment. After validation, the analysis is continued to establish the limiting deformation capacity of the beam, which is assumed to synchronise with tensile strain in bottom cover plate reaching the corresponding ultimate value. The results so found indicate about $20^{\circ}$ support rotation for LSCC beam with $45^{\circ}$ lacing. Results of parametric study indicate that the limiting capacity of the LSCC beam is more influenced by the lacing angle and thickness of the cover plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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