This paper deals with large deformation post-buckling of a linear-elastic and hygrothermal beam with axially nonmovable pinned-pinned ends and subjected to a significant increase in swelling by an alternative method. Analytical approximate solutions for the geometrically nonlinear problem are presented. The solution for the limiting case of a string is also obtained. By coupling of the well-known Maclaurin series expansion and orthogonal Chebyshev polynomials, the governing differential equation with sinusoidal nonlinearity can be reduced to form a cubic-nonlinear equation, and supplementary condition with cosinoidal nonlinearity can also be simplified to be a polynomial integral equation. Analytical approximations to the resulting boundary condition problem are established by combining the Newton's method with the method of harmonic balance. Two approximate formulae for load along axis, potential strain for free hygrothermal expansion and periodic solution are established for small as well as large angle of rotation at the end of the beam. Illustrative examples are selected and compared to "reference" solution obtained by the shooting method to substantiate the accuracy and correctness of the approximate analytical approach.
Comprehensive and accurate analysis of a finite foundation beam is a challenging engineering problem and an important subject in foundation design. One of the limitation of the traditional Winkler elastic foundation model is that the model neglects the effect of the interface resistance between the beam and the underneath foundation soil. By taking the beam-soil interface resistance into account, a deformation governing differential equation for a finite beam resting on the Winkler elastic foundation is developed. The coupling effect between vertical and horizontal displacements is also considered in the presented method. Using Galerkin method, semi-analytical solutions for vertical and horizontal displacements, axial force, shear force and bending moment of the beam under symmetric loads are presented. The influences of the interface resistance on the behavior of foundation beam are also investigated.
A performance-based design (PBD) procedure, initially proposed for the seismic design of buildings, is tailored herein to the structural configurations commonly adopted in bridges. It aims at the efficient design of bridges for multiple performance levels (PLs), achieving control over a broad range of design parameters (i.e., strains, deformations, ductility factors) most of which are directly estimated at the design stage using advanced analysis tools (a special type of inelastic dynamic analysis). To evaluate the efficiency of the proposed design methodology, it is applied to an actual bridge that was previously designed using a different PBD method, namely displacement-based design accounting for higher mode effects, thus enabling comparison of the alternative PBD approaches. Assessment of the proposed method using nonlinear dynamic analysis for a set of spectrum-compatible motions, indicate that it results in satisfactory performance of the bridge. Comparison with the displacement-based method reveals significant cost reduction, albeit at the expense of increased computational effort.
The purpose of this study is to evaluate the degree of microstructural change of materials using ultrasonic nonlinear parameters. For microstructure change, isothermal heat-treated ferritic 2.25Cr steel and low-cycle fatigue-damage copper alloy were prepared. The variation in ultrasonic nonlinearity was analyzed and evaluated through changes in hardness, ductile-brittle transition temperature, electron microscopy, and X-ray diffraction tests. Ultrasonic nonlinearity of 2.25Cr steel increased rapidly during the first 1,000 hours of deterioration and then gradually increased thereafter. The variation in non-linear parameters was shown to be coarsening of carbides and an increase in the volume fraction of stable M6C carbides during heat treatment. Due to the low-cycle fatigue deformation of oxygen-free copper, the dislocation that causes lattice deformation developed in the material, distorting the propagating ultrasonic waves, and causing an increase in the ultrasonic nonlinear parameters.
Nonlinear dynamic analysis of a reinforced concrete (RC) frame under earthquake loading is performed in this paper on the basis of a hysteretic moment-curvature relation. Unlike previous analytical moment-curvature relations which take into account the flexural deformation only with the perfect-bond assumption, by introducing an equivalent flexural stiffness, the proposed relation considers the rigid-body-motion due to anchorage slip at the fixed end, which accounts for more than 50% of the total deformation. The advantage of the proposed relation, compared with both the layered section approach and the multi-component model, may be the ease of its application to a complex structure composed of many elements and on the reduction in calculation time and memory space. Describing the structural response more exactly becomes possible through the use of curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel and consideration of the pinching effect caused by axial force. Finally, the applicability of the proposed model to the nonlinear dynamic analysis of RC structures is established through correlation studies between analytical and experimental results.
The scope of this study is the comparison between experimental results of tests performed on a base isolated building using helical wire rope isolators (WRs), and results of Nonlinear Response History Analyses (NRHAs) performed using SAP 2000, a commercial software for structural analysis. In the first stage of this research, WRs have been tested under shear deformation beyond their linear range of deformation, and analytical models have been derived to describe the nonlinear response of the bearings under different directions of loading. On the following stage, shaking table tests have been carried out on a 1/3 scale steel model isolated at the base by means of curved surface sliders (CSS) and WRs. The response of the structure under ground motion excitation has been compared to that obtained using numerical analyses in SAP 2000. The feasibility of modelling the nonlinear behavior of the tested isolation layer using multilinear link elements embedded in SAP 2000 is discussed in this paper, together with the advantages of using WRs as supplemental devices for CSSs base isolated structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.2
s.16
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pp.47-55
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2005
The method to form the space of the pneumatic structures by internal pressure is classified greatly as the dual type with the nlty type. The shape of the pneumatic structures consists of the curved surface under uniform tension not greatly to be deformed by the design load and stress must not be concentrated also. Therefore, In this study, we have done the structural analysis of the unity typed pneumatic structures by the NASS which is the program for nonlinear analysis. The analytic model is a rectangular pneumatic membrane structures which have four side fixed edges. And we have done the nonlinear incremental analysis considering the orthotropic material.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
The paper presents a comparison between a semi-implicit time integration linear finite element implementation and fully-implicit nonlinear Newton-Raphson finite element implementation of a triphasic small strain mixture formulation of an elastic partially saturated porous medium. The pore air phase pressure pa is assumed atmospheric, i.e., $p_a$ = 0, although the formulation and implementation are general to handle increase in pore air pressure as a result of loading, if needed. The solid skeleton phase is assumed linear isotropic elastic and partially saturated 'consolidation' in the presence of surface infiltration and traction is simulated. The verification of the implementation against an analytical solution for partially saturated pore water flow (no deformation) and comparison between the two implementations is presented and the important of the porosity-dependent nature of the partially saturated permeability is assessed on comparison with a commercial code for the partially saturated flow with deformation. As a result, the response of partially saturated permeability subjected to the porosity influences on the saturation of a soil, and the different behaviors of the partially saturated soil between staggered and monolithic coupled programs is worth of attention because the negative pore water pressure in the partially saturated soil depends on the difference.
A comprehensive study on seismic performance of wood frame building in hilly regions is presented. Specifically, seismic fragility assessment of a typical wood frame building at various locations of the northeast region of India are demonstrated. A three-dimensional simplified model of the wood frame building is developed with due consideration to nonlinear behaviour of shear walls under lateral loads. In doing so, a trilinear model having improved capability to capture the force-deformation behaviour of shear walls including the strength degradation at higher deformations is proposed. The improved capability of the proposed model to capture the force-deformation behaviour of shear wall is validated by comparing with the existing experimental results. The structural demand values are obtained from nonlinear time history analysis (NLTHA) of the three-dimensional wood frame model considering the effect of uncertainty due to record to record variation of ground motions and structural parameters as well. The ground motion bins necessary for NLTHA are prepared based on the identified hazard level from probabilistic seismic hazard analysis of the considered locations. The maximum likelihood estimates of the lognormal fragility parameters are obtained from the observed failure cases and the seismic fragilities corresponding to different locations are estimated accordingly. The results of the numerical study show that the wood frame constructions commonly found in the region are likely to suffer minor cracking or damage in the shear walls under the earthquake occurrence corresponding to the estimated seismic hazard level; however, poses negligible risk against complete collapse of such structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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