The analysis of structure response and design of buried structures subjected to dynamic destructive loads have been receiving increasing interest due to recent severe damage caused by strong earthquakes and terrorist attacks. For a comprehensive design of buried structures subjected to blast loads to be conducted, the whole system behaviour including simulation of the explosion, propagation of shock waves through the soil medium, the interaction of the soil with the buried structure and the structure response needs to be simulated in a single model. Such a model will enable more realistic simulation of the fundamental physical behaviour. This paper presents a complete model simulating the whole system using the finite element package ABAQUS/Explicit. The Arbitrary Lagrange Euler Coupling formulation is used to model the explosive charge and the soil region near the explosion to eliminate the distortion of the mesh under high deformation, while the conventional finite element method is used to model the rest of the system. The elasto-plastic Drucker-Prager Cap model is used to model the soil behaviour. The explosion process is simulated using the Jones-Wilkens-Lee equation of state. The Concrete Damage Plasticity model is used to simulate the behaviour of concrete with the reinforcement considered as an elasto-plastic material. The contact interface between soil and structure is simulated using the general Mohr-Coulomb friction concept, which allows for sliding, separation and rebound between the buried structure surface and the surrounding soil. The behaviour of the whole system is evaluated using a numerical example which shows that the proposed model is capable of producing a realistic simulation of the physical system behaviour in a smooth numerical process.
Murthy, A. Rama Chandra;Ganapathi, S. Chitra;Iyer, Nagesh R.;Lakshmanan, N.;Bhagavan, N.G.
Computers and Concrete
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v.10
no.1
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pp.1-18
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2012
This paper presents the details of studies conducted on hollow concrete block masonry (HCBM) units and wall panels. This study includes, compressive strength of unit block, ungrouted and grouted HCB prisms, flexural strength evaluation, testing of HCBM panels with and without opening. Non-linear finite element (FE) analysis of HCBM panels with and without opening has been carried out by simulating the actual test conditions. Constant vertical load is applied on the top of the wall panel and then lateral load is applied in incremental manner. The in-plane deformation is recorded under each incremental lateral load. Displacement ductility factors and response reduction factors have been evaluated based on experimental results. From the study, it is observed that fully grouted and partially reinforced HCBM panel without opening performed well compared to other types of wall panels in lateral load resistance and displacement ductility. In all the wall panels, shear cracks originated at loading point and moved towards the compression toe of the wall. The force reduction factor of a wall panel with opening is much less when compared with fully reinforced wall panel with no opening. The displacement values obtained by non-linear FE analysis are found to be in good agreement with the corresponding experimental values. The influence of mortar joint has been included in the stress-strain behaviour as a monolith with HCBM and not considered separately. The derived response reduction factors will be useful for the design of reinforced HCBM wall panels subjected to lateral forces generated due to earthquakes.
A bushing is a device used in automotive suspension systems to reduce the load transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is a hollow cylinder, which is bonded to a solid steel shaft at its inner surface and a steel sleeve at its outer surface. The relation between the force and moment applied to the shaft and the relative deformation and rotational angle of a bushing exhibits features of viscoelasticity. Since a moment-rotational angle relation for a bushing is important for multibody dynamics numerical simulations, the simple relation between the moment and rotational angle has been derived from experiment. It is shown that the predictions by the proposed moment-rotational angle relation are in very good agreement with the experimental results.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.396-408
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2019
The tubes which are applied in jacket platforms as the supporting structure might be collided by supply vessels. Such kind of impact will lead to plastic deformation on tube members. As a result, the ultimate strength of tubes will decrease compared to that of intact ones. In order to make a decision on whether to repair or replace the members, it is crucial to know the residual strength of the tubes. After being damaged by lateral impact, the simply supported tubes will definitely loss a certain extent of load carrying capacity under uniform axial compression. Therefore, in this paper, the relationship between the residual ultimate strength of the damaged circular tube by collision and the energy dissipation due to lateral impact is investigated. The influences of several parameters, such as the length, diameter and thickness of the tube and the impact energy, on the reduction of ultimate strength are investigated. A series of numerical simulations are performed using nonlinear FEA software LS-DYNA. Based on simulation results, a non-dimensional parameter is introduced to represent the degree of damage of various size of tubes after collision impact. By applying this non-dimensional parameter, a simplified formula has been derived to describe the relationship between axial compressive residual ultimate and lateral impact energy and tube parameters. Finally, by comparing with the allowable compressive stress proposed in API rules (RP2A-WSD A P I, 2000), the critical damage of tube due to collision impact to be repaired is proposed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.1-8
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2021
Vapor cloud explosions show different characteristics from that caused by ordinary TNT explosives and their loading effect is similar to pressure waves. Typical methods used for blast pressure calculations are the TNT-equivalent method and multi-energy method. The TNT-equivalent method is based on shock waves, similar to a detonation phenomenon, and multi-energy method is based on pressure waves, similar to a deflagration phenomenon. This study was conducted to derive an appropriate blast pressure by applying various plant explosion cases. SDOF analysis and nonlinear dynamic analysis were performed to compare the degree of deformation and damage of the selected structural members for the explosion cases. The results indicated that the multi-energy method was more exact than the TNT-equivalent method in predicting the blast pressure of vapor cloud explosions. The blast pressure of vapor cloud explosion in plants can be more accurately calculated by assuming the charge strength of multi-energy method as 7 or 8.
Xie, Junyao;Zhang, Lu;Zheng, Qian;Liu, Xiaoben;Dubljevic, Stevan;Zhang, Hong
Earthquakes and Structures
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v.20
no.1
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pp.109-122
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2021
Significant progress in the oil and gas industry advances the application of pipeline into an intelligent era, which poses rigorous requirements on pipeline safety, reliability, and maintainability, especially when crossing seismic zones. In general, strike-slip faults are prone to induce large deformation leading to local buckling and global rupture eventually. To evaluate the performance and safety of pipelines in this situation, numerical simulations are proved to be a relatively accurate and reliable technique based on the built-in physical models and advanced grid technology. However, the computational cost is prohibitive, so one has to wait for a long time to attain a calculation result for complex large-scale pipelines. In this manuscript, an efficient and accurate surrogate model based on machine learning is proposed for strain demand prediction of buried X80 pipelines subjected to strike-slip faults. Specifically, the support vector regression model serves as a surrogate model to learn the high-dimensional nonlinear relationship which maps multiple input variables, including pipe geometries, internal pressures, and strike-slip displacements, to output variables (namely tensile strains and compressive strains). The effectiveness and efficiency of the proposed method are validated by numerical studies considering different effects caused by structural sizes, internal pressure, and strike-slip movements.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Jeon, Bub-Gyu;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.1
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pp.112-119
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2021
The failure mode of piping systems due to seismic loads is the low-cycle fatigue failure with ratcheting, and it was found that the element in which nonlinear behavior is concentrated and damage occurs is the elbow. In this study, to quantitatively express the failure criteria for a pipe elbow of SCH40 3-inch carbon steel under low-cycle fatigue, the limit state was defined as leakage, and the in-plane cyclic loading test was conducted. For the carbon steel pipe elbow, which is the vulnerable part to seismic load of piping systems, the damage index was represented using the moment-deformation angle relationship, and it was compared and analyzed with the damage index calculated using the force-displacement relationship. An attempt was made to quantitatively express the limit state of the carbon steel pipe elbow involving leakage using the damage index, which was based on the dissipated energy caused by repeated external forces.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.3
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pp.105-116
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2022
Seismic demand on nonstructural components (NSCs) is highly dependent on the coupled behavior of a combined supporting structure-NSC system. Because of the inherent complexities of the problem, many of the affecting factors are inevitably neglected or simplified based on engineering judgments in current seismic design codes. However, a systematic analysis of the key affecting factors should establish reasonable seismic design provisions for NSCs. In this study, an idealized 2-DOF model simulating the coupled structure-NSC system was constructed to analyze the parameters that affect the response of NSCs comprehensively. The analyses were conducted to evaluate the effects of structure-NSC mass ratio, structure, and NSC nonlinearities on the peak component acceleration. Also, the appropriateness of component ductility factor (Rp) given by current codes was discussed based on the required ductility capacity of NSCs. It was observed that the responses of NSCs on the coupled system were significantly affected by the mass ratio, resulting in lower accelerations than the floor spectrum-based response, which neglected the interaction effects. Also, the component amplification factor (ap) in current provisions tended to underestimate the dynamic amplification of NSCs with a mass ratio of less than 15%. The nonlinearity of NSCs decreased the component responses. In some cases, the code-specified Rp caused nonlinear deformation far beyond the ductility capacity of NSCs, and a practically unacceptable level of ductility was required for short-period NSCs to achieve the assigned amount of response reduction.
Due to the low strength and high compressibility characteristics, the loess deposits tunnels are prone to large deformations and collapse. An accurate stability evaluation for loess deposits is of considerable significance in deformation control and safety work during tunnel construction. 37 groups of representative data based on real loess deposits cases were adopted to establish the stability evaluation model for the tunnel project in Yan'an, China. Physical and mechanical indices, including water content, cohesion, internal friction angle, elastic modulus, and poisson ratio are selected as index system on the stability level of loess. The data set is randomly divided into 80% as the training set and 20% as the test set. Firstly, principal component analysis (PCA) is used to convert the five index system to three linearly independent principal components X1, X2 and X3. Then, the principal components were used as input vectors for probabilistic neural network (PNN) to map the nonlinear relationship between the index system and stability level of loess. Furthermore, Leave-One-Out cross validation was applied for the training set to find the suitable smoothing factor. At last, the established model with the target smoothing factor 0.04 was applied for the test set, and a 100% prediction accuracy rate was obtained. This intelligent classification method for loess deposits can be easily conducted, which has wide potential applications in evaluating loess deposits.
The purpose of this paper was to design the cable networks for mesh reflector antennas, considering the flexibility of structures. An effective form-find methodology is proposed. The whole parts of the cable networks are described by the absolute nodal coordinate formulation. Additionally, nonlinear deformation of the cable can be obtained. The form-finding analysis of the reflector with standard configuration is performed, to validate the proposed methodology. The truss ring structure is numerically modeled using the frame elements. To consider the flexibility of the truss ring as well as the cable net structure, an iteration analysis between the truss ring and the cable net under tensional forces is also performed in the form-finding process. The finial configuration of the reflector with tensioned cable networks is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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