A 4-unknown shear deformation theory is applied to investigate the vibration of functionally graded plates under thermal environment. The plate is fabricated from a functionally graded material mixed of ceramic and metal with continuously varying material properties through the plate thickness. Three types of thermal loadings, uniform, linear and nonlinear temperature rises along the plate thickness are taken into account. The present theory contains four unknown functions as against five or more in other higher order shear deformation theories. The through-the-thickness distributions of transverse shear stresses of the plate are considered to vary parabolically and vanish at upper and lower surfaces. The present model does not require any problem dependent shear correction factor. Analytical solutions for the free vibration analysis are derived based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Benchmark solutions are firstly considered to evaluate the accuracy of the proposed model. Comparisons with the solutions available in literature revealed the good capabilities of the present model for the simulations of vibration responses of FG plates. Some parametric studies are carried out for the frequency analysis by varying the volume fraction profile and the temperature distribution across the plate thickness.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.45-54
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2006
To obtain realistic stress-strain relation in concrete, it is necessary to improve the constitutive model for creep and shrinkage of concrete. This study is made up with predicting model of creep using rheological approach and mathematical development which is solution for phenomenon of concrete creep. Long-term deformation components are combined based on traditional 4-parameters model. Creep deformation is obtained adequately using 4-parameters determined by considering aging effect and microprestress among gels. And coefficient of effective viscosity is able to represent both basic creep and total creep included drying creep. This study attempt to establish mathematical model considering effects of aging, hydration, and variations of pore humidity. It can predict both basic creep and total creep. Values of result between prediction and experiment have greater than correlation factor 99%. Additionally experimental results report bad consentaneity with highway design specification adopting FIB MC 90. Rather than those are similar to FIB MC 90 rev.99.
In this paper, an accurate kinematic model has been developed to study the mechanical response of functionally graded (FG) sandwich beams, mainly covering the bending, buckling and free vibration problems. The studied structure with homogeneous hardcore and softcore is considered to be simply supported in the edges. The present model uses a new refined shear deformation beam theory (RSDBT) in which the displacement field is improved over the other existing high-order shear deformation beam theories (HSDBTs). The present model provides good accuracy and considers a nonlinear transverse shear deformation shape function, since it is constructed with only two unknown variables as the Euler-Bernoulli beam theory but complies with the shear stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam without employing shear correction factors. The sandwich beams are composed of two FG skins and a homogeneous core wherein the material properties of the skins are assumed to vary gradually and continuously in the thickness direction according to the power-law distribution of volume fraction of the constituents. The governing equations are drawn by implementing Hamilton's principle and solved by means of the Navier's technique. Numerical computations in the non-dimensional terms of transverse displacement, stresses, critical buckling load and natural frequencies obtained by using the proposed model are compared with those predicted by other beam theories to confirm the performance of the proposed theory and to verify the accuracy of the kinematic model.
It is very improtant to evaluate the reliable nonlinear deformational characteristics of soils not only in the analysis of geotechnical structures under working stress conditions but also for the soil dynamic problems. Field testings such as crosshole and pressuremeter tests can be used to determine the modulus of soils under in-situ conditions, but it is not possible to determine the modulus over the entire strain amplitude range. Laboratory methods such as resonant column 1 torsional shear test can be used to determine the modulus over the whole strain amplitude range, but it is very difficult to obtain the representative undisturbed samples on the sixte. For the reliable evaluation of nonlinear deformation characteristics of soils on a typical site, small strain modulus obtained from field testy and nomalized modulus reduction curve determined by laboratory bests need to be combined. In this paper, laboratory and Held testy were performed at a sixte which consisted of granite wearthered residual boils to evaluate the nonlinear deformational characteristics of coils such as the effects of strain amplitude, loading frequency, confining pressure and sample disturbance. It has been shorn that when the effects of these factors are properly taken into account, the stiffness values evaluated by various field and labrotary tests are comparable to each other fairly well. Finally, the procedure to evaluate the nonlinear deformstional characteristics of the sixte was proposed.
Lee, Hyeok Ju;Lim, Jae Sung;Moon, Il Hwan;Kim, Jae Min
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.25-35
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2023
Considering the non-linear behavior of structure and soil when evaluating a nuclear power plant's seismic safety under a beyond-design basis earthquake is essential. In order to obtain the nonlinear response of a nuclear power plant structure, a time-domain SSI analysis method that considers the nonlinearity of soil and structure and the nonlinear Soil-Structure Interaction (SSI) effect is necessary. The Boundary Reaction Method (BRM) is a time-domain SSI analysis method. The BRM can be applied effectively with a Perfectly Matched Layer (PML), which is an effective energy absorbing boundary condition. The BRM has a characteristic that the magnitude of the response in far-field soil increases as the boundary interface of the effective seismic load moves outward. In addition, the PML has poor absorption performance of low-frequency waves. For this reason, the accuracy of the low-frequency response may be degraded when analyzing the combination of the BRM and the PML. In this study, the accuracy of the analysis response was improved by adjusting the PML input parameters to improve this problem. The accuracy of the response was evaluated by using the analysis response using KIESSI-3D, a frequency domain SSI analysis program, as a reference solution. As a result of the analysis applying the optimal PML parameter, the average error rate of the acceleration response spectrum for 9 degrees of freedom of the structure was 3.40%, which was highly similar to the reference result. In addition, time-domain nonlinear SSI analysis was performed with the soil's nonlinearity to show this study's applicability. As a result of nonlinear SSI analysis, plastic deformation was concentrated in the soil around the foundation. The analysis results found that the analysis method combining BRM and PML can be effectively applied to the seismic response analysis of nuclear power plant structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6A
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pp.625-639
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2009
Experimental and analytical studies are performed on the mechanical behavior of concrete-filled tubular(CFT) truss girders for different f/L ratios. Bending tests are conducted on two CFT truss girder specimens to determine fundamental structural characteristics such as the strength and deformation properties. Nonlinear material models for CFT members subjected to an axial compressive force are compared in this paper by using the nonlinear finite element program, ABAQUS. Previous researchers have proposed several nonlinear stress-strain models of confined concrete. In this study, the nonlinear analyses are performed applying several stress-strain models for confined concrete proposed by Mander, Sakino, Han, Susantha and Ellobody, and the results are compared with the experimental results in terms of load-deflection and load-strain relationships. Based on the comparisons of the load-deflection relationships, the models proposed by Mander and Susantha provide a maximum load about 12.0~13.8% higher and that by Sakino gives a maximum load about 7.6% higher than the experimental results. The models proposed by Han and Ellobody give a maximum load only about 0.2~1.2% higher than the test results, showing the best agreement among the proposed stress-strain models. However, the load-strain relations predicted by the existing models generally provide conservative results exhibiting larger strains than the experimental data.
Time-dependent behavior is a basic mechanical property of rocks. Predicting the failure time of rock structures by analyzing the time-dependent characteristic is important and problematic. It is tried to predict the failure time of tunnel, slope & laboratory creep test specimen from measured displacement(or strain) and rate with relationship suggested by Voight($\ddot{\Omega}=A\dot{\Omega}^\alpha$, where $\Omega$ is a measurable quantity such as strain & displacement and A & $\alpha$ are constants). A & $\alpha$ are estimated through applying the nonlinear least square method to the single and double integrated Voight's equations and utilized to predict the failure time. Predicted failure time is in accordance with real one except minor error. Linear inverse rate method applied to creep strain and rate yields a poor linear correlation of data and precision of predicted failure time is not better than methods using strain and rate.
Since the kinetic energy is dissipated through plastic deformation energy generated in expanding process of the tube by a die. In order to successfully absorb the kinetic energy there should be no buckling in the expansion tube during expanding process. The buckling instability of the expansion tubes is affected by the initial boundary conditions, tube thickness and length. In this study, the effects of the tube thickness except length and initial boundary condition on the buckling instability are studied using a finite element method. In addition, Analysis procedure for nonlinear post-buckling analysis of expansion tube is established. There are three kinds of finite element analysis procedures for buckling analysis of expansion tube, quasi-static analysis, linear buckling analysis and nonlinear post-buckling analysis. The effect of the geometry imperfections defined as linear superimposition of buckling modes is considered in the nonlinear post-buckling analysis. The results of finite element analysis indicate that the buckling load increase with increase of thickness of tube and geometry imperfection. Finial buckling shapes are changed with respect to the geometry imperfection.
Resilient characteristics on unbound pavement materials have been adopted for design and nonlinear analysis of pavement structure under traffic loadings. However, relatively few studies have been done on the nonlinear resilient behavior of unbound materials in Korea. In addition to that, only the limited information is available for estimating the resilient modulus values on subgrade soils. In this study, a laboratory resilient-deformation test under repeated loadings is performed in order to establish the nonlinear characteristics of unbound subgrade soils in test roads. Then, a constitutive model that correlates the resilient modulus with moisture and stress state from field condition is proposed respectively. The results from all procedures are presented in this paper. Finally, a comparative analysis is conducted to identify the proper models in the stress dependent modulus and seasonal moisture condition of subgrade soils in test roads respectively.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.274-282
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2014
Time series of the dynamic response of a slender marine structure was predicted using quadratic Volterra series. The wave-structure interaction system was identified using the NARX(Nonlinear Autoregressive with Exogenous Input) technique, and the network parameters were determined through the supervised training with the prepared datasets. The dataset used for the network training was obtained by carrying out the nonlinear finite element analysis on the freely standing riser under random ocean waves of white noise. The nonlinearities involved in the analysis were both large deformation of the structure under consideration and the quadratic term of relative velocity between the water particle and structure in Morison formula. The linear and quadratic frequency response functions of the given system were extracted using the multi-tone harmonic probing method and the time series of response of the structure was predicted using the quadratic Volterra series. In order to check the applicability of the method, the response of structure under the realistic ocean wave environment with given significant wave height and modal period was predicted and compared with the nonlinear time domain simulation results. It turned out that the predicted time series of the response of structure with quadratic Volterra series successfully captures the slowly varying response with reasonably good accuracy. It is expected that the method can be used in predicting the response of the slender offshore structure exposed to the Morison type load without relying on the computationally expensive time domain analysis, especially for the screening purpose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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