Polatov, Askhad M.;Ikramov, Akhmat M.;Khaldjigitov, Abduvali A.
Coupled systems mechanics
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v.8
no.4
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pp.299-313
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2019
The paper represents computer modeling of the deformed state of physically nonlinear transversally isotropic bodies with hole. In order to describe the anisotropy of the mechanical properties of transversally-isotropic materials a structurally phenomenological model has been used. This model allows representing the initial material in the form of the coupled isotropic materials: the basic material (binder) considered from the positions of continuum mechanics and the fiber material oriented along the anisotropy direction of the original material. It is assumed that the fibers perceive only the axial tensile-compression forces and are deformed together with the base material. To solve the problems of the theory of plasticity, simplified theories of small elastoplastic deformation have been used for a transversely-isotropic body, developed by B.E. Pobedrya. A simplified theory allows applying the theory of small elastoplastic deformations to solve specific applied problems, since in this case the fibrous medium is replaced by an equivalent transversely isotropic medium with effective mechanical parameters. The essence of simplification is that with simple stretching of composite in direction of the transversal isotropy axis and in direction perpendicular to it, plastic deformations do not arise. As a result, the intensity of stresses and deformations both along the principal axis of the transversal isotropy and along the perpendicular plane of isotropy is determined separately. The representation of the fibrous composite in the form of a homogeneous anisotropic material with effective mechanical parameters allows for a sufficiently accurate calculation of stresses and strains. The calculation is carried out under different loading conditions, keeping in mind that both sizes characterizing the fibrous material fiber thickness and the gap between the fibers-are several orders smaller than the radius of the hole. Based on the simplified theory and the finite element method, a computer model of nonlinear deformation of fibrous composites is constructed. For carrying out computational experiments, a specialized software package was developed. The effect of hole configuration on the distribution of deformation and stress fields in the vicinity of concentrators was investigated.
To study the mechanical properties of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube columns under eccentric compression loads, this study presents a finite element model which can simulate the eccentrically compressed columns using ABAQUS software. The analytical model was established by selecting the reasonable nonlinear analysis theory and the constitutive relationship of materials in the columns. The influences of design parameters on the eccentric compressive performance of columns were also considered in detail, such as the diameter-thickness ratio of circular steel tube, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA), slenderness ratio, eccentricity, recycled aggregate concrete (RAC) strength and steel strength and so on. The deformation diagram, stress nephogram and load-displacement curves of the eccentrically compressed columns were obtained and compared with the test results of specimens. The results show that although there is a certain error between the calculation results and the test results, the error is small, which shows the rationality on the numerical model of eccentrically compressed columns. The failure of the columns is mainly due to the symmetrical bending of the columns towards the middle compression zone, which is a typical compression bending failure. The eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns increase with the increase of the strength of steel tube and profile steel respectively. Compared with profile steel, the strength of steel tube has a greater influence on the eccentric compressive performance of columns. Improving the strength of RAC is beneficial to the eccentric bearing capacity of columns. In addition, the eccentric bearing capacity and deformation capacity of columns decrease with the increase of replacement percentage of RCA. The section form of profile steel has little influence on the eccentric compression performance of columns. On this basis, the calculation formulas on the nominal eccentric bearing capacity of columns were also put forward and the results calculated by the proposed formulas are in good agreement with the test values.
In this study, vertical loading tests were conducted to investigate the nonlinear behaviors of the fastening systems that have generally been used in the concrete track of domestic railway lines. Nonlinear load-displacement curve models were derived based on the test results. The uplift forces generated in the fastening systems were evaluated by applying the derived nonlinear models as well as the existing linear models. The influence of the factors on the maximum uplift force of the fastening system was analyzed through a parameter study on the distance between neighboring sleepers, the horizontal distance between the center of the bearing and the nearest fastening system from the deck end, and the height of the bridge girder. From the evaluation results it is known that, for economical track and bridge design, due to deck end deformation, it is necessary to consider the nonlinear behavior of the fastening system in the calculation of the uplift force of the fastening systems.
The initiation and growth of microcracks or microvoids inside concrete results in the progressive degradation of concrete. This damage processing along processing along with plastic deformation is main cause of nonlinear behavior of concrete. In this study, a continuum damage model of concrete is developed for the analysis of the nonlinear behavior of concrete due to damage and elasto-plastic deformation. Anisotropic damage tensor is used to describe the anisotropy of concrete and hypothesis of equivalent elastic energy is used to define the effective elastic tensor. The damage model including the damage evolution law and constitutive equation is derived with damage variable and damage surface which is defined by damage energy release rate by using the Helmholtz free energy and dissipation potential based on the thermodynamic principles. By adopting a typical plasticity model of concrete, plasticity of concrete is included to this model. Afinite element analysis program implemented with this model was developed and finite element analysis was performed for the analyses of concrete subjected to uniaxial and biaxial loadings. Comparison of the results of analysis with those of experiments and other models shows that the model successfully predicts the nonlinear behavior of concrete.
A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory) concept such as the effect of compression softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. In this category, tangential or secant material stiffnesses for cracked concrete were also defined and discussed in view of the iterative solution schemes for nonlinear equations. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Nonlinear Analysis of structrual Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed baed on the CFT constitutive relationships and the incremetal solution strategy described enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range. crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verfication purpose of NASCOM, the prediction of Cervenka's panel test results including the load resistance and the deformation history was made. A limited number of predictions indicate a good correlation in a general sense.
A finite element nonlinear stress-deformation model with multi-interface element is applied to the stability analysis of waste landfill slope. Strength parameters of waste and geosynthetic materials are obtained from the triaxial test of waste and the direct shear test of geosynthetics, respectively. The landfill models used for the numerical models are fit to regulations of the Korean waste management law. The results of the strength tests showed linear behavior for the waste and nonlinear behavior for the eosynthectic materials. The stability analysis with multi-interface element for the geosynthetic materials in the liner system showed large shear stress and slippage at the boundary of the foundation and the slope of the waste fill. This analysis verified the necessity of multi-interface analysis for waste landfills with composite liners.
Costa, Ricardo;Providencia, Paulo;Ferreira, Miguel
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.5
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pp.641-652
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2017
In general, conventional analysis and design of reinforced concrete (RC) frame structures overlook the role of beam-column (RCBC) joints. Nowadays, the rigid joint model is one of the most common for RCBC joints: the joint is assumed to be rigid (unable to deform) and stronger than the adjacent beams and columns (does not fail before them). This model is popular because (i) the application of the capacity design principles excludes the possibility of the joint failing before the adjacent beams and (ii) many believe that the actual behaviour of RCBC joints designed according to the seismic codes produced mainly after the 1980s can be assumed to be nominally rigid. This study investigates the relevance of the deformation of RCBC joints in a standard pushover analysis at several levels: frame, storey, element and cross-section. Accordingly, a RC frame designed according to preliminary versions of EN 1992-1-1 and EN 1998-1 was analysed, considering the nonlinear behaviour of beams and columns by means of a standard sectional fibre model. Two alternative models were used for the RCBC joints: the rigid model and an explicit component based nonlinear model. The effect of RCBC joints modelling was found to be twofold: (i) the flexibility of the joints substantially increases the frame lateral deformation for a given load (30 to 50%), and (ii) in terms of seismic performance, it was found that joint flexibility (ii-1) appears to have a minor effect on the force and displacement corresponding to the performance point (seismic demand assessed at frame level), but (ii-2) has a major influence on the seismic demand when assessed at storey, element and cross-section levels.
Using a Rheometries Dynamic Analyzer (RDA II), the dynamic viscoelastic properties of a semi-solid ointment base (vaseline) in large amplitude oscillatory shear flow fields were measured over a temperature range of $25{\sim}45^{\circ}C$ and the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a wide range of angular frequencies. In this article, the nonlinear viscoelastic behavior was reported from the experimentally obtained data and the effect of temperature on this behavior was discussed in detail. In addition, the angular frequency and temperature dependencies of a linear viscoelastic behavior were explained. Finally, the applicability of a time-temperature superposition principle originally developed for polymeric materials was examined using a shift factor. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) At very small strain amplitude region, vaseline shows a linear viscoelastic behavior independent of the imposed deformation magnitudes. Above a critical strain amplitude $({\gamma}_{0}=0.1{\sim}0.2%)$, however, vaseline exhibits a nonlinear viscoelastic behavior ; indicating that both the storage modulus and dynamic viscosity are sharply decreased with increasing deformation magnitude. (2) In large amplitude oscillatory shear flow fields, an elastic behavior (storage modulus) has a stronger strain amplitude dependence and begins to show a nonlinear behavior at a smaller strain amplitude region than does a viscous behavior (dynamic viscosity). (3) In small amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus as well as the loss modulus are continuously increased as an increase in angular frequency and an elastic nature is always superior to a viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (4) A time-temperature superposition principle can successfully be applicable to vaseline. This finding allows us to estimate the dynamic viscoelastic behavior of vaseline over an extraordinarily extended range (11 decades) of angular frequencies inaccessible from the experimentally measured range (4 decades).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1562-1570
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2003
The prediction of the inelastic behavior of the structure is an essential part of reliability assessment procedure, because most of the failures are induced by the inelastic deformation, such as creep and plastic deformation. During decades, there has been much progress in understanding of the inelastic behavior of the materials and a lot of inelastic constitutive equations have been developed. The complexity of these constitutive equations generally requires a stable and accurate numerical method. The radial return mapping is one of the most robust integration scheme currently used. Nonlinear kinematic hardening model of Armstrong-Fredrick type has recovery term and the direction of kinematic hardening increment is not parallel to that of plastic strain increment. In this case, The conventional radial return mapping method cannot be applied directly. In this investigation, we expanded the radial return mapping method to consider the nonlinear kinematic hardening model and implemented this integration scheme into ABAQUS by means of UMAT subroutine. The solution of the non-linear system of algebraic equations arising from time discretization with the generalized midpoint rule is determined using Newton method and bisection method. Using dynamic yield condition derived from linearization of flow rule, the integration scheme for elastoplastic and viscoplastic constitutive model was unified. Several numerical examples are considered to demonstrate the efficiency and applicability of the present method.
For the safe seismic design of buildings, it is necessary to predict the plastic deformation demands of the members as well as the story drift ratio. In the present study, a simple method of estimating the beam plastic rotation was developed for special-moment-resisting steel frame structures designed with strong column-weak beam behavior. The proposed method uses elastic analysis rather than nonlinear analysis, which is difficult to use in practice. The beam plastic rotation was directly calculated based on the results of the elastic analysis, addressing the moment redistribution, the column and joint dimensions, the movement of the plastic hinge, the panel zone deformation, the gravity load, and the strain-hardening behavior. In addition, the rocking effect of the braced frame or core wall on the beam plastic rotation was addressed. For verification, the proposed method was applied to a six-story special-moment frame designed with strong column-weak beam behavior. The predicted plastic rotations of the beams were compared with those that were determined via nonlinear analysis. The beam plastic rotations that were predicted using the proposed method correlated well with those that were determined from the nonlinear pushover analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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