In this study, the finite element method for nonlinear problems is developed theroretically to see the design loads of foundation, when the circular plate resting on elasto-viscoplastic soil medium is loaded axisymmetrically. The paper shows that the plastic zone of soil medium is displayed at the near the edge of plate at the first place; when the plastic zone of soil medium is linked around central axis, the external load is termed by allowable load or design load, and then the contact pressure changes abruptly, in this case it is approved to be the risk of shear failure. The results of numerical analysis using the Mohr-Coulomb yield criterion, and experimental analysis for a appropriate safety factor are approximative, but numerical results are smaller than the value based on Terzaghi's theory.
A nonlinear, three-dimensional finite element analysis was conducted on six intermediate L-shaped spandrel beams using the "ANSYS Civil FEM" program. The beams were constructed and tested in the laboratory under eccentric concentrated load at mid-span to obtain a combined loading case: torsion, bending, and shear. The reinforcement case parameters were as follows: without reinforcement, with longitudinal reinforcement only, and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions: T/V = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). The failure of the plain beams was brittle, and the addition of longitudinal steel bars increased beam strength, particularly under low eccentricity. Transverse reinforcement significantly affected the strength at high eccentricities, that is, at high torque. A program can predict accurately the behavior of these beams under different reinforcement cases, as well as under different ratios of combined loadings. The ANSYS model accurately predicted the loads and deflections for various types of reinforcements in spandrel beams, and captured the critical crack regions of these beams.
Duong, Van Huan;Tran, Ngoc Tham;Choi, Woojin;Kim, Dae-Wook
Journal of Power Electronics
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v.16
no.1
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pp.238-248
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2016
The state-of-charge (SOC) and state-of-health (SOH) estimation of batteries play important roles in managing batteries for automotive applications. However, an accurate state estimation of a battery is difficult to achieve because of certain factors, such as measurement noise, highly nonlinear characteristics, strong hysteresis phenomenon, and diffusion effect of batteries. In certain vehicular applications, such as idle stop-start systems (ISSs), significant errors in SOC/SOH estimation may lead to a failure in restarting a combustion engine after the shut-off period of the engine when the vehicle is at rest, such as at a traffic light. In this paper, a dual extended Kalman filter algorithm with a dynamic equivalent circuit model of a lead-acid battery is proposed to deal with this problem. The proposed algorithm adopts a battery model by taking into account the hysteresis phenomenon, diffusion effect, and parameter variations for accurate state estimations of the battery. The validity of the proposed algorithm is verified through experiments by using an absorbed glass mat valve-regulated lead-acid battery and a battery sensor cable for commercial ISS vehicles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.4
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pp.352-361
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2004
One important element of the Leak-Before-Break analysis of nuclear piping is how to determine relevant fracture toughness (or the J-resistance curve) for nonlinear fracture mechanics analysis. The practice to use fracture toughness from a standard C(T) specimen is known to often give conservative estimates of toughness. To improve the accuracy, this paper proposes a new method to determine fracture toughness using a nonstandard testing specimen, curved wide-plate in tension. To show validity of the proposed curved wide-plate test, the J-resistance curve from the full-scale pipe test is compared with that from the curved wide-plate test and that from the C(T) specimen. It is shown that the J-resistance curve form the curved wide-plate tension test is similar to, but that from the C(T) specimen is lower than, the J-resistance curve from the full-scale pipe test. Further validation is performed by investigating crack-tip constraint conditions via detailed 3-D FE analyses, which shows that the crack-tip constraint condition in the curved wide-plate tension specimen is indeed similar to that in the full-scale pipe under bending.
Golpasand, Gholamreza B.;Farzam, Masood;Shishvan, Siamak S.
Computers and Concrete
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v.25
no.2
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pp.181-192
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2020
Nowadays, steel fiber reinforced concretes (SFRCs) are widely used in practical applications. Significant experimental research has thus been carried out to determine the constitutive equations that represent the behavior of SFRCs under multiaxial loadings. However, numerical modelling of SFRCs via FEM has been challenging due to the complexities of the implementation of these constitutive equations. In this study, following the literature, a plasticity model is constructed for the behavior of SFRCs that involves the Willam-Warnke failure surface with the relevant evolution laws and a non-associated flow rule for determining the plastic deformations. For the precise (yet rapid) integration of the constitutive equations, an explicit substepping scheme consisting of yield intersection and drift correction algorithms is employed and thus implemented in ABAQUS via UMAT. The FEM model includes various material parameters that are determined from the experimental data. Three sets of parameters are used in the numerical simulations. While the first set is from the experiments that are conducted in this study on SFRC specimens with various contents of steel fibers, the other two sets are from the experiments reported in the literature. The response of SFRCs under multiaxial compression obtained from various numerical simulations are compared with the experimental data. The good agreement between numerical results and the experimental data indicates that not only the adopted plasticity model represents the behavior of SFRCs very well but also the implemented integration scheme can be employed in practical applications of SFRCs.
Available methods to determine the ultimate bearing capacity of shallow foundations may not be accurate enough owing to the complicated failure mechanism and diversity of the underlying soils. Accordingly, applying new methods of artificial intelligence can improve the prediction of the ultimate bearing capacity. The M5' model tree and the genetic programming are two robust artificial intelligence methods used for prediction purposes. The model tree is able to categorize the data and present linear models while genetic programming can give nonlinear models. In this study, a combination of these methods, called the M5'-GP approach, is employed to predict the ultimate bearing capacity of the shallow foundations, so that the advantages of both methods are exploited, simultaneously. Factors governing the bearing capacity of the shallow foundations, including width of the foundation (B), embedment depth of the foundation (D), length of the foundation (L), effective unit weight of the soil (${\gamma}$) and internal friction angle of the soil (${\varphi}$) are considered for modeling. To develop the new model, experimental data of large and small-scale tests were collected from the literature. Evaluation of the new model by statistical indices reveals its better performance in contrast to both traditional and recent approaches. Moreover, sensitivity analysis of the proposed model indicates the significance of various predictors. Additionally, it is inferred that the new model compares favorably with different models presented by various researchers based on a comprehensive ranking system.
The Finite Element Analysis (FEA) is evidently a powerful tool for the analysis of structural concrete having nonlinearity and brittle failure properties. However, the result of FEA of structural concrete is sensitive to two modeling factors: the shear transfer coefficient (STC) for an open concrete crack and force convergence tolerance value (CONVTOL). Very limited work has been done to find the optimal FE Modeling (FEM) methodologies for structural concrete members strengthened with externally bonded FRP sheets. A total of 22 experimental deep beams with or without FRP flexure or/and shear strengthening systems are analyzed by nonlinear FEA using ANAYS program. For each experimental beams, an FE model with a total of 16 cases of modeling factor combinations are developed and analyzed to find the optimal FEM methodology. Two elements the SHELL63 and SOLID46 representing the material properties of FRP laminate are investigated and compared. The results of this research suggest that the optimal combination of modeling factor is STC of 0.25 and CONVTOL of 0.2. A SOLID 46 element representing the FRP strengthening system leads to better results than a SHELL 63 element does.
Samaaneh, Mohammad A.;Sharif, Alfarabi M.;Baluch, Mohammed H.;Azad, Abul K.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.6
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pp.1307-1325
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2016
Nonlinear behavior of two-span, continuous composite steel-concrete girders strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) bonded to the top of concrete slab over the negative moment region was evaluated using a non-linear Finite Element (FE) model in this paper. A three-dimensional FE model of continuous composite girder using commercial software ABAQUS simulated and validated with experimental results. The interfacial regions of the composite girder components were modeled using suitable interface elements. Validation of the proposed numerical model with experimental data confirmed the applicability of this model to predict the loading history, strain level for the different components and concrete-steel relative slip. The FE model captured the different modes of failure for the continuous composite girder either in the concrete slab or at the interfacial region between CFRP sheet and concrete slab. Through a parametric study, the thickness of CFRP sheet and shear connection required to develop full capacity of the continuous composite girder at negative moment zone have been investigated. The FE results showed that the proper thickness of CFRP sheet at negative moment region is a function of the adhesive strength and the positive moment capacity of the composite section. The shear connection required at the negative moment zone depends on CFRP sheet's tensile stress level at ultimate load.
In Turkey, majority of industrial facilities are composed of precast buildings. However, precast buildings have suffered extensive damage during Kocaeli and Duzce (1999) and Adana-Ceyhan (1998) earthquakes. Therefore, in this study, fragilities of existing building stock and damage probabilities of precast buildings were studied. For this purpose, building inventories were prepared and variation of structural parameters was determined by investigating the design project of 65 precast buildings constructed in Denizli, Turkey. Twelve analysis models which reflect the stiffness, strength and ductility properties of building inventory were constructed. After the definition of strain based displacement limits and corresponding damage states for buildings, displacement demands were calculated by using non linear time history analysis. During the analyses 360 strong ground motion records were used. Exceedence ratios of concerned damage limits was calculated by checking the displacement demands and then PGV based fragility curves were constructed. Efficiency of strength, stiffness and ductility properties of existing precast buildings were investigated by comparing the fragility curves. The results have shown that the most effective parameters that govern the damage probabilities of precast buildings are stiffness and ductility. It was also stated that the results of fragility analysis and damage and failure observations performed after Kocaeli and Duzce Earthquakes are compatible.
Hanging sleepers are frequently observed in the ballasted track with the rail of high rigidity. These hanging sleepers at the high speed line could cause such large dynamic force compared to those at the conventional line. This dynamic force would, in turn, deteriorate train running stability as well as riding comfort, and accelerate irregularity of track and failure of track materials, leading to a sharp increase in track maintenance cost. When the wheel-rail contact spring exhibits nonlinear behavior and some components of the system like hanging sleeper exhibit bi-linear behaviors, an effective analytical method is proposed for train-track interactions. The verification of the present method is carried out comparing numerical results by the present method and those by Ono's method of RTRI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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