Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.51-58
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2012
A model for the nonlinear flexural analysis of extruded Engineered Cementitious Composite (ECC) panel reinforced concrete (RC) composite slab has been newly presented. From direct tensile test, ECC panel has been modeled to have the high-ductile tensile behavior after cracking. The developed model was compared with bending test results of two specimens, a conventional RC slab and a ECC panel RC composite slab. The predicted results were well patched with the experimental results, and the ECC panel RC composite slab system had advantages in crack control and improving flexural load-carrying capacity and deformation-capacity.
This paper proposes a new approach utilizing empirical mode decomposition (EMD) reconstruction to process vibration signals of a transformer under DC bias caused by high voltage direction transmission (HVDC), which is the potential cause of additional vibration and noise from transformer. Firstly, the Calculation Method is presented and a 3D model of transformer is simulated to analyze transformer deformation characteristic and the result indicate the main vibration is produced along axial direction of three core limbs. Vibration test system has been built and test points on the core and shell of transformer have been measured. Then, the signal reconstruction method for transformer vibration based on EMD is proposed. Through the EMD decomposition, the corrupted noise can be selectively reconstructed by the certain frequency IMFs and better vibration signals of transformer have been obtained. After EMD reconstruction, the vibrations are compared between transformer in normal work and with DC bias. When DC bias occurs, odd harmonics, vibration of core and shell, behave as a nonlinear increase and the even harmonics keep unchanged with DC current. Experiment results are provided to collaborate our theoretical analysis and to illustrate the effectiveness of the proposed EMD method.
Recently, the finite element method has been sucessfully extended to treat the rather complex phenomena such as nonlinear buckling problems which are of considerable practical interest. In this study, a finite element program to evaluate the elasto-plastic buckling stress is developed. The Stowell's deformation theory for the plastic buckling of flat plates, which is in good agreement with experimental results, is used to evaluate bending stiffness matrix. A bifurcation analysis is performed to compute the elasto-plastic buckling stress. The subspace iteration method is employed to find the eigenvalues. The results are compared with corresponding exact solutions to the governing equations presented by Stowell and also with experimental data due to Pride. The developed program is applied to obtain elastic and elasto-plastic buckling stresses for various loading cases. The effect of different plate aspect ratio is also investigated.
Dang, Hoang V.;Shin, Myoungsu;Han, Sang Whan;Lee, Kihak
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.797-815
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2014
This research aimed to investigate retrofitting methods for damaged RC columns with SRF (Super Reinforced with Flexibility) and aramid composites and their impacts on the seismic responses. In the first stage, two original (undamaged) column specimens, designed to have a flexural- or shear-controlled failure mechanism, were tested under quasi-static lateral cyclic and constant axial loads to failure. Afterwards, the damaged column specimens were retrofitted, utilizing SRF composites and aramid rods for the flexural-controlled specimen and only SRF composites for the shear-controlled specimen. In the second stage, the retrofitted column specimens were tested again under the same conditions as the first stage. The hysteretic responses such as strength, ductility and energy dissipation were discussed and compared to clarify the specific effects of each retrofitting material on the seismic performances. Generally, SRF composites contributed greatly to the ductility of the specimens, especially for the shear-controlled specimen before retrofitting, in which twice the deformation capacity was obtained in the retrofitted specimen. The shear-controlled specimen also experienced a flexural failure mechanism after retrofitting. In addition, aramid rods moderately fortified the specimen in terms of the maximum shear strength. The maximum strength of the aramid-retrofitted specimen was 12% higher than the specimen without aramid rods. In addition, an analytical modeling of the undamaged specimens was conducted using Response-2000 and Zeus Nonlinear in order to further validate the experimental results.
Laminated plates have many applications in different industrials. Buckling analysis of these structures with the nano-scale reinforcement has not investigated yet. However, buckling analysis of embedded laminated plates with nanocomposite layers is studied in this paper. Considering the single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as reinforcement of layers, SWCNTs agglomeration effects and nonlinear analysis using numerical method are the main contributions of this paper. Mori-Tanaka model is applied for obtaining the equivalent material properties of structure and considering agglomeration effects. The elastic medium is simulated by spring and shear constants. Based on first order shear deformation theory (FSDT), the governing equations are derived based on energy method and Hamilton's principle. Differential quadrature method (DQM) is used for calculating the buckling load of system. The effects of different parameters such as the volume percent of SWCNTs, SWCNTs agglomeration, number of layers, orientation angle of layers, elastic medium, boundary conditions and axial mode number of plate on the buckling of the structure are shown. Results indicate that increasing volume percent of SWCNTs increases the buckling load of the plate. Furthermore, considering agglomeration effects decreases the buckling load of system. In addition, it is found that the present results have good agreement with other works.
In the current investigation, large amplitude free vibration behavior of shallow curved pipes (tubes) made of functionally graded materials is investigated. Properties of the tube are distributed across the radius of the tube and are obtained by means of a power law function. It is also assumed that all thermo-mechanical properties are temperature dependent. The governing equations of the tube are obtained using a higher order shear deformation tube theory, where the traction free boundary conditions are satisfied on the top and bottom surfaces of the tube. The von Kármán type of geometrical non-linearity is included into the formulation to consider the large displacements and small strains. Uniform temperature elevation of the tube is also included into the formulation. For the case of tubes which are simply supported in flexure and axially immovable, the governing equations are solved using the two-step perturbation technique. Closed form expressions are provided to obtain the small and large amplitude fundamental natural frequencies of the FGM shallow curved tubes in thermal environment. Numerical results are given to explore the effects of thermal environment, radius ratio, and length to thickness ratio of the tube on the fundamental linear and non-linear frequencies.
In the present study, the elasto-plastic analysis of prismatic plate structures subjected to pure bending is carried out using the finite strip method. The end cross-sections of the structure are assumed to remain plane during deformation, and the compatibility along corner lines is ensured by choosing proper displacement functions. The effects of both the initial geometrical imperfections and residual stresses due to fabrication are included in the combined geometrically and materially nonlinear simulation. The von-Mises yield criterion and the Prandtl-Reuss flow theory of plasticity are applied in modelling the elasto-plastic behavior of material. Newton-Raphson iterations are carried out as the rotation of the end cross sections of the structure is increased step by step. The parameter representing the overall axial strain of structure is adjusted constantly during the iteration process in order to eliminate the resulting overall axial force on any cross-section of the structure in correspondence with the assumption of zero axial force in pure bending. Several numerical examples are presented to validate the present method and to investigate the effects of some material and geometrical parameters.
Valido, Anibal J.;Sousa, Luis G.;Cardoso, J. Barradas
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.1
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pp.25-35
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1996
This paper describes a continuum variational formulation for design optimization of nonlinear structures in the elastic-plastic domain, where unloading and reloading of the structures are allowed to occur. The Total Lagrangian procedure is used for the description of the structural deformation. The direct differentiation approach is used to derive the sensitivities of the various structural response measures with respect to the design parameters. Since the material goes into the inelastic range and unloading and reloading of the structure are allowed to occur, the structural response is path dependent and an additional step is needed to integrate the constitutive equations. It can be shown, consequently, that design sensitivity analysis is also path-dependent. The theory has been discretized by the finite element technique and implemented in a structural analysis code. Mathematical programming approach is used for the optimization process. Numerical applications on trusses are performed, where cross-sectional areas and nodal point coordinates are treated as design variables. Optimal designs have been obtained and compared by using two different strategies: a two level strategy where the levels are defined accordingly the type of design variables, cross sectional areas or node coordinates, and optimizing simultaneously with respect to both types of design variables.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.501-504
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2004
This paper proposes degree of hydration based shrinkage prediction model of 40MPa HPC. This model shows degree of hydration which is defined as the ratio between the hydrated cement mass and the initial mass of cement is very closely related to shrinkage deformation. In this study, degree of hydration was determined by CEMHYD-3D program of NIST. Verification of the predicted degree of hydration is performed by comparison between test results of compressive strength and estimated one by CEMHYD-3D. Proposed model is determined by statistical nonlinear analysis using the program Origin of Origin Lab. Co. To get coefficients of the model, drying shrinkage tests of four specimen series were followed with basic material tests. Testes were performed in constant temperature /humidity chamber, with difference moisture curing ages to know initial curing time effect. Verification with another specimen, collected construction field of FCM bridge, was given in the same condition as pre-tested specimens. Finally, all test results were compared to propose degree of hydration based model and other code models; AASHTO, ACI, CEB-FIP, JSCE, etc.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.603-608
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2004
The paper analyzes a scheme of decontamination of radionuclides from concrete structures, in which rapid microwave heating is used to spall off a thin contaminated surface layer. The analysis is split in two parts: (1) The hygrothermal part of the problem, which consists in calculating the evolution of the temperature and pore pressure fields, and (2) the fracturing part, which consists in predicting the stresses, deformations and fracturing. The rate of the distributed source of heat due to microwaves in concrete is calculated on the basis of the standing wave normally incident to the concrete wall with averaging over both the time period and the wavelength because of the very short time period of microwaves compared to the period of temperature waves and the heterogeneity of concrete. The reinforcing bars parallel to the surface arc treated as a smeared steel layer. The microplane model M4 is used as the constitutive model for nonlinear deformation and distributed fracturing of concrete. The aim of this study is to determine the required microwave power and predict whether and when the contaminated surface layer of concrete spalls off. The effects of wall thickness, reinforcing bars, microwave frequencies and power are studied numerically. As a byproduct of this analysis, the mechanism of spalling of rapidly heated concrete is clarified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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