The near-collapse performance limit is defined as the deformation at the 20% drop of maximum base shear in the decreasing region of the pushover curve for ductile framed buildings. Although monotonic pushover analysis is preferred due to the simple application procedure, this analysis gives rise to overestimated results by neglecting the cumulative damage effects. In the present study, the acceptabilities of monotonic and cyclic pushover analysis results for the near-collapse performance limit state are determined by comparing with Incremental Dynamic Analysis (IDA) results for a 5-story Reinforced Concrete framed building. IDA is performed to obtain the collapse point, and the near-collapse drift ratios for monotonic and cyclic pushover analysis methods are obtained separately. These two alternative drift ratios are compared with the collapse drift ratio. The correlations of the maximum tensile and compression strain at the base columns and beam plastic rotations with interstory drift ratios are acquired using the nonlinear time history analysis results by the simple linear regression analyses. It is seen that these parameters are highly correlated with the interstory drift ratios, and the results reveal that the near-collapse point acquired by monotonic pushover analysis causes unacceptably high tensile and compression strains at the base columns, as well as large plastic rotations at the beams. However, it is shown that the results of cyclic pushover analysis are acceptable for the near-collapse performance limit state.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.2
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pp.106-113
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2008
The goal of crashworthiness is an optimized vehicle structure that can absorb the crash energy by controlled vehicle deformations while maintaining adequate space so that the residual crash energy can be managed by the restraint systems to minimize crash loads transfer to the vehicle occupants. Front side assembly is one of the most important energy absorbing components in relating to the crashworthiness design of vehicle. The structure and shape of the front side assemblies are different depending on auto-makers and size of vehicles. Thus, it is not easy to grab an insight on designer's intention when you glance at a new front side member without experiences. In this paper, we have performed the explicit nonlinear dynamic finite element analysis on the front side assembly of a passenger car to investigate the effect of thickness distribution of the front side assembly on the collapse shape, which is important in the aspect of controlling deformation to maintain adequate space, from the viewpoint of reverse engineering. To do this, we have performed crash FE analysis for the assembly by varying the thickness distribution of the assembly.
Arul Jayachandran, S.;Kalyanaraman, V.;Narayanan, R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.18
no.1
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pp.41-58
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2004
The postbuckling behaviour of thin shells has fascinated researchers because the theoretical prediction and their experimental verification are often different. In reality, shell panels possess small imperfections and these can cause large reduction in static buckling strength. This is more relevant in thin laminated composite shells. To study the postbuckling behaviour of thin, imperfect laminated composite shells using finite elements, explicit incremental or secant matrices have been presented in this paper. These incremental matrices which are derived using Marguerre's shallow shell theory can be used in combination with any thin plate/shell finite element (Classical Laminated Plate Theory - CLPT) and can be easily extended to the First Order Shear deformation Theory (FOST). The advantage of the present formulation is that it involves no numerical approximation in forming total potential energy of the shell during large deformations as opposed to earlier approximate formulations published in the literature. The initial imperfection in shells could be modeled by simply adjusting the ordinate of the shell forms. The present formulation is very easy to implement in any existing finite element codes. The secant matrices presented in this paper are shown to be very accurate in tracing the postbuckling behaviour of thin isotropic and laminated composite shells with general initial imperfections.
The research described in this paper investigates the seismic behaviour of lightly reinforced concrete (RC) bearing sandwich panels, heavily conditioned by shear deformation. A numerical model has been prepared, within an open source finite element (FE) platform, to simulate the experimental response of this emerging structural system, whose squat-type geometry affects performance and failure mode. Calibration of this equivalent mechanical model, consisting of a group of regularly spaced vertical elements in combination with a layer of nonlinear springs, which represent the cyclic behaviour of concrete and steel, has been conducted by means of a series of pseudo-static cyclic tests performed on single full-scale prototypes with or without openings. Both cantilevered and fixed-end shear walls have been analyzed. After validation, this numerical procedure, including cyclic-related mechanisms, such as buckling and subsequent slippage of reinforcing re-bars, as well as concrete crushing at the base of the wall, has been used to assess the capacity of two- and three-dimensional low- to mid-rise box-type buildings and, hence, to estimate their strength reduction factors, on the basis of conventional pushover analyses.
Composite steel plate deep beam (CDB) is proposed as a lateral resisting member, which is constructed by steel plate and reinforced concrete (RC) panel, and it is connected with building frame through high-strength bolts. To investigate the seismic performance of the CDB, tests of two 1/3 scaled specimens with different length-to-height ratio were carried out under cyclic loads. The failure modes, load-carrying capacity, hysteretic behavior, ductility and energy dissipation were obtained and analyzed. In addition, the nonlinear finite element (FE) models of the specimens were established and verified by the test results. Besides, parametric analyses were performed to study the effect of length-to-height ratio, height-to-thickness ratio, material type and arrangement of RC panel. The experimental and numerical results showed that: the CDBs lost their load-carrying capacity because of the large out-of plane deformation and yield of the tension field formed on the steel plate. By increasing the length-to-height ratio of steel plate, the load-carrying capacity, elastic stiffness, ductility and energy dissipation capacity of the specimens were significantly enhanced. The ultimate loading capacity increased with increasing the length-to-height ratio of steel plate and yield strength of steel plate; and such capacity increased with decreasing of height-to-thickness ratio of steel plate and gap. Finally, a unified formula is proposed to calculate their ultimate loading capacity, and fitting formula on such indexes are provided for designation of the CDB.
As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. In this study, buckling of horizontal concrete columns reinforced with Zinc Oxide (ZnO) nanoparticles is analyzed. Due to the presence of ZnO nanoparticles which have piezoelectric properties, the structure is subjected to electric field for intelligent control. The Column is located in foundation with vertical springs and shear modulus constants. Sinusoidal shear deformation beam theory (SSDBT) is applied to model the structure mathematically. Micro-electro-mechanic model is utilized for obtaining the equivalent properties of system. Using the nonlinear stress-strain relation, energy method and Hamilton's principal, the motion equations are derived. The buckling load of the column is calculated by Difference quadrature method (DQM). The aim of this study is presenting a mathematical model to obtain the buckling load of structure as well as investigating the effect of nanotechnology and electric filed on the buckling behavior of structure. The results indicate that the negative external voltage applied to the structure, increases the stiffness and the buckling load of column. In addition, reinforcing the structure by ZnO nanoparticles, the buckling load of column is increased.
During their life span, post-tensioned concrete structures may be exposed to thermal loads. Therefore, there has been a growing interest in research on the advanced analysis and design of post-tensioned concrete slabs subjected to thermal loads. This paper investigates the structural behaviour of post-tensioned one-way spanning concrete slabs. A nonlinear finite element model for the analysis of post- tensioned unbonded and bonded concrete slabs at elevated temperatures was developed. The interface between the tendon and surrounding concrete was also modelled, allowing the tendon to retain its profile shape during the deformation of the slab. The load-deflection behaviour, load-force behaviour in the tendon, and the failure modes are presented. The numerical analysis was conducted by the finite element ANSYS software and was carried out on two different one-way concrete slabs chosen from literature. A parametric study was conducted to investigate the effect of several selected parameters on the overall behavior of post-tensioned one-way concrete slab. These parameters include the effect of tendon bonding, the effect of thermal loading and the effect of tendon profile. Comparison between uniform thermal loading and nonuniform thermal loading showed that restrained post tensioned slab with bottom surface hotter has smaller failure load capacity.
A Prestressed stayed steel column is an efficient and lightweight way with regard to enhancing the stability behaviour of a compression column. In the past, researchers primarily concentrated on investigating the behaviour of stayed steel columns with horizontal crossarms. However, this article focuses on prestressed stayed steel columns with split-up crossarm system, in which the crossarms are aslant and rotational symmetrically arranged. A mathematical formula calculating the optimal pretension that corresponds to the maximum critical buckling load was established according to geometric analysis based on the small deformation assumption. It was demonstrated that critical buckling mode of this stayed column is different from the one with horizontal crossarms. The governing imperfection direction that should be adopted in the nonlinear buckling analysis was determined in this work. In addition, the effects of crossarm inclination, stay diameter, and crossarm length on the stability behaviour were investigated. An influencing factor denotes the ratio of the load carrying capacity of the prestressed stayed steel column to the Euler load of the main column was also obtained.
This paper presents a theoretical investigation on the response of the thermo-mechanical bending of FG plate on variable elastic foundation. A quasi-3D higher shear deformation theory is used that contains undetermined integral forms and involves only four unknowns to derive. The FG plates are supposed simply supported with temperature-dependent material properties and subjected to nonlinear temperature rise. Various homogenization models are used to estimate the effective material properties such as temperature-dependent thermoelastic properties. Equations of motion are derived from the principle of virtual displacements and Navier's solution is used to solve the problem of simply supported plates. Numerical results for deflections and stresses of FG plate with temperature-dependent material properties are investigated. It can be concluded that the proposed theory is accurate and simple in solving the thermoelastic bending behavior of FG thick plates.
Hwang, Se Yun;Kim, Hosung;Lee, Kyeong Hoon;Kim, Yooil;Lee, Jang Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.291-299
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2014
In the design process of ship or its comprising components, the key to the successful design is how to guarantee the structural safety satisfying the international standard and regulation, which sometimes is not clear enough to cover the detail designs. This study deals with the design procedure for submersible viewing window installed in catamaran. As the window material, the Plexiglass, a type of reinforced plastic, is considered to satisfy the design requirements of international standard. Window thickness is calculated using geometric nonlinear finite element analysis, in order to take into account possible large deformation due to low stiffness of the Plexiglass, and the results are compared with those determined by the procedure specified in ISO12216. Finally, for the validation of proposed design, the pressure test had been carried out following the procedure specified in the standard, and structural safety was checked.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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