Applying nonlinear statistical analysis methods in estimating the performance of structures in earthquakes is strongly considered these days. This is due to the methods' simplicity, timely lower cost and reliable estimation in seismic responses in comparison with time-history nonlinear dynamic analysis. Among nonlinear methods, simplified to be incorporated in the future guidelines, Modal Pushover Analysis, known by the abbreviated name of MPA, simply models nonlinear behavior of structures; and presents a very proper estimation of nonlinear dynamic analysis using lateral load pattern appropriate to the mass. Mostly, two kinds of connecting joints, 'hinge' and 'rigid', are carried out in different type of steel structures. However, it should be highly considered that nominal hinge joints usually experience some percentages of fixity and nominal rigid connections do not employ totally rigid. Therefore, concerning the importance of these structures and the significant flexibility effect of connections on force distribution and elements deformation, these connections can be considered as semi-rigid with various percentages of fixity. Since it seems, the application and implementation of MPA method has not been studied on moment-resistant steel frames with semi rigid connections, this research focuses on this topic and issue. In this regard several rigid and semi-rigid steel bending frames with different percentages of fixity are selected. The structural design is performed based on weak beam and strong column. Followed by that, the MPA method is used as an approximated method and Nonlinear Response History Analysis (NL-RHA) as the exact one. Studying the performance of semi-rigid frames in height shows that MPA technique offers reasonably reliable results in these frames. The methods accuracy seems to decrease, when the number of stories increases and does decrease in correlation with the semi-rigidity percentages. This generally implies that the method can be used as a proper device in seismic estimation of different types of low and mid-rise buildings with semi-rigid connections.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.12
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pp.1811-1820
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2010
Most components in the real world show nonlinear response. The nonlinearity may arise because of contact between the parts, nonlinear material, or large deformation of the components. Structural optimization considering nonlinearities is fairly expensive because sensitivity information is difficult to calculate. To overcome this difficulty, the equivalent load method was proposed for nonlinear response optimization. This method was originally developed for size and shape optimization. In this study, the equivalent load method is modified to perform topology optimization considering all kinds of nonlinearities. Equivalent load is defined as the load for linear analysis that generates the same response field as that for nonlinear analysis. A simple example demonstrates that results of the topology optimization using equivalent load are very similar to the numerical results. Nonlinear response topology optimization is performed with a practical example and the results are compared with those of conventional linear response topology optimization.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.11
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pp.5979-5986
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2013
This study carried out a geometrical nonlinear dynamic analysis of laminated composite shell structures. Based on the first-order shear deformation shell theory and nonlinear formulation of Sanders, the Newmark method and Newton-Raphson iteration are used for dynamic solution considering nonlinear effects. The effects of radius, fiber angles, and layup sequences on the nonlinear dynamic response for various parameters are studied using a nonlinear dynamic finite element program developed for this study. The several numerical results were in good agreement with those reported by other investigators for square composite plates, and the new results reported in this paper show the significant interactions between the radius, fiber angles and layup sequence in the laminate. Key observation points are discussed and a brief design guideline of laminated composite shells is given.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.4
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pp.345-351
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2010
The oblique incidence technique for ultrasonic nonlinear characterization was studied in stainless steel 316L alloy subjected to high cycle fatigue. A dog-bone plate specimen was prepared to make different faitgue-driven deformation at each position where the stress concentration could occur in the middle of specimen. In addition to the normal transmission technique, the oblique incidence technique which is newly suggested in this study, was used to measure ultrasonic nonlinear parameter. The fatigued specimen shows higher ultrasonic nonlinear parameter than the virgin specimen for both techniques. Ultrasonic nonlinear parameter highly increases in the middle of test specimen where the stress concentration existes. Relative nonlinear parameter has strong correlation with fatigue damage. Consequently, the oblique incidence technique with longitudinal wave can be potential to characterize high cycle fatigue damage.
Fire incident in buildings is common, so the fire safety design of the framed structure is imperative, especially for the unprotected or partly protected bare steel frames. However, software for structural fire analysis is not widely available. As a result, the performance-based structural fire design is urged on the basis of using user-friendly and conventional nonlinear computer analysis programs so that engineers do not need to acquire new structural analysis software for structural fire analysis and design. The tool is desired to have the capacity of simulating the different fire scenarios and associated detrimental effects efficiently, which includes second-order P-D and P-d effects and material yielding. Also the nonlinear behaviour of large-scale structure becomes complicated when under fire, and thus its simulation relies on an efficient and effective numerical analysis to cope with intricate nonlinear effects due to fire. To this end, the present fire study utilizes a second-order elastic/plastic analysis software NIDA to predict structural behaviour of bare steel framed structures at elevated temperatures. This fire study considers thermal expansion and material degradation due to heating. Degradation of material strength with increasing temperature is included by a set of temperature-stress-strain curves according to BS5950 Part 8 mainly, which implicitly allows for creep deformation. This finite element stiffness formulation of beam-column elements is derived from the fifth-order PEP element which facilitates the computer modeling by one member per element. The Newton-Raphson method is used in the nonlinear solution procedure in order to trace the nonlinear equilibrium path at specified elevated temperatures. Several numerical and experimental verifications of framed structures are presented and compared against solutions in literature. The proposed method permits engineers to adopt the performance-based structural fire analysis and design using typical second-order nonlinear structural analysis software.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.3
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pp.29-38
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1990
A totally, new approach of Lagrangian formulation named 'Pseudo Lagrangian Formulation(PLF)' for large deformation analysis of continue and structures by the finite of element method has been presented, and the efficiency and accuracy of nonlinear analysis beam element formulated by PLF has been discussed by solving several numerical examples. In PLF, the deformation of a body is maeasured by assigning a nonphysical 'Pseudo' configuration as reference. The Lagrangian deformation and the finite element mapping of the traditonal Lagrangian approaches are then carried out directly at the same time, The result of numerical tests shows superior performance of PLF to the traditional Lagrangian methods, Applications of PLF to small and finite deformation problems indicate that PLF not only serves as an alternative but has certain implementational advantages over total or updated Lagrangian formulations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.485-493
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2017
In this study, the collision analysis of SCP(Sandwich Concrete Panel) composing the outer tank of LNG storage was performed and its collision behavior was analyzed. For the same collision energy value proposed in BS7777 code, the collision conditions are composed by using two types of missiles and various collision speeds. Nonlinear dynamic analysis models were constructed to perform numerical analysis on the various collision conditions. Also, the collision behavior was analyzed assuming that the second collision with the same collision energy occurs at the same point after the first collision. As a result of the analysis, it was found that with smaller missile and low collision speed had caused larger deformation. The collision energy dissipated in ratio of about 6: 4 in the outer steel plate and the inner filling concrete. In the results of double collision analysis, the final collisional deformation was dominated by the size of the second missile, and the amount of deformation due to the second collision was smaller than that of the first collision because of the membrane behavior of the steel plates. In the offset double collision cases, the largest deformation occurs at the secondary collision point regardless of the offset distance.
This study deals with thegeometrical nonlinear dynamic behavior of laminated plates made of advanced composite materials (ACMs), which contain central cutouts. Based on the first-order shear deformation plate theory (FSDT), the Newmark method and Newton-Raphson iteration wereused for the nonlinear dynamic solution. The effects of the cutout sizes and lay-up sequences on the nonlinear dynamic response for various parameters werestudied using a nonlinear dynamic finite element program that was developed for this study. The several numerical results agreed well with those reported by other investigators for square composite plates with or without central cutouts, and the new results reported in this paper showed significant interactions between the cutout and the layup sequence in the laminate. Key observation points are discussed and a brief design guide for laminates with central cutouts is given.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.2
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pp.111-121
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2012
The research presented in this paper analytically examines the fire performance of flat plate buildings. The modeling parameters for the mechanical and thermal properties of materials are calibrated from relevant test data to minimize the uncertainties involved in analysis. The calibrated models are then adopted to perform a nonlinear finite element simulation on a flat plate building subjected to fire. The analysis examines the characteristics of slab deflection, in-plane deformation, membrane force, bending moment redistribution, and slab rotational deformation near the supporting columns. The numerical simulation enables the understanding of structural performance of flat plate under elevated temperature and, more importantly, identifies the high risk of punching failure at slab-column connections that may trigger large-scale failure in flat plate structures.
Sensitivity analysis scheme is developed in the elasto-plastic finite element method with explicit time integration using direct differentiation method. The direct differentiation is concerned with the time integration, constitutive relation, shell element with reduced integration and the contact scheme. Sensitivity analysis results are mainly examined with the highly nonlinear and quasi-static problem with the complicated contact condition. The result shows stable sensitivity especially in the sheet metal forming analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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