A beam-column fiber element for the large displacement, nonlinear inelastic analysis of Concrete-Filled Steel Tubes (CFT) is implemented. The method of description is Total Lagrangian formulation. An 8 degree of freedom (DOF) element with three nodes, which has 3 DOF per end node and 2 DOF on the middle node, has been chosen. The quadratic Lagrangian shape functions for axial deformation and the quartic Hermitian shape function for the transverse deformation are used. It is assumed that the perfect bond is maintained between steel shell and concrete core. The constitutive models employed for concrete and steel are based on the results of a recent study and include the confinement and biaxial effects. The model is implemented to analyze several CFT columns under constant and non-proportional fluctuating concentric axial load and cyclic lateral load. Good agreement has been found between experimental results and theoretical analysis.
Kim, Sang-Woo;Hwang, Hyun-Bok;Lee, Bum-Sik;Lee, Jung-Yoon
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.835-838
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2008
This study presents the nonlinear finite element analysis to predict the behavior of reinforced concrete (RC) beams shear-strengthened with fiber-reinforced polymer laminates (FRP). In this paper, modeling concept for the FRP is introduced to enable the use of finite element methods for the shear analysis of RC beams shear-strengthened with FRP composites. The numerical techniques are used to represent the FRP composite, bond properties between the FRP and the concrete, and the RC beams. According to the proposed modeling methods, a finite element analysis is performed using a two-dimensional nonlinear finite element analysis program, VecTor2, based on the Disturbed Stress Field Model (DSFM). To verify the application of the DSFM for the prediction of the behavior of the shear-critical beams strengthened with FRP composites in shear, a detailed comparison between experimental and numerical results for the response of the RC beams is carried out.
This study investigates the ultimate behavior of reinforced concrete beams by means of practical nonlinear finite element (FE) analyses. Uniaxial constitutive models for the concrete and steel material are selected in this study. The adopted material model is integrated into the ABAQUS fiber beam elements through a user-defined material subroutine (UMAT). Within a developed nonlinear finite element framework, the FE results have been compared to experimental results reported by other researchers. It has been found that the proposed finite element model is capable of predicting the initial cracking load level, the yield load, the ultimate load, and the crack distribution with acceptable accuracy.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.11
no.1
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pp.35-40
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2008
Various characters of the concrete are greatly improved as the effect of the steel fiber. As the improvement effect of the steel fiber, the increment in flexural strength, shear strength, toughness, and impact strength are remarkable, and tenacious concrete is obtained. This paper presents model which can predict mechanical behavior of the structure according to aspect ratio and volume fraction of steel fiber. Experiments on compressive strength, elastic modulus and tensile strength were performed with self-made cylindrical specimens of variable aspect ratios. This paper presents an analytical study on the behavior of a beam specimen with steel fiber reinforced concrete(SFRC). The effect of the SFRC on the crack pattern, failure mode and the flexural behavior of the structure were investigated. The analysis model based on the nonlinear layered finite element method was successfully able to find the necessary amount of steel fibers, tensile steels and beam section which can best approximate flexural strength and ductility of a given conventionally reinforced concrete beam.
In this paper, a parallel algorithm of nonlinear dynamic analysis of three-dimensional (3D) reinforced concrete (RC) frame structures based on the platform of graphics processing unit (GPU) is proposed. Time integration is performed using Newmark method for nonlinear implicit dynamic analysis and parallelization strategies are presented. Correspondingly, a parallel Preconditioned Conjugate Gradients (PCG) solver on GPU is introduced for repeating solution of the equilibrium equations for each time step. The RC frames were simulated using fiber beam model to capture nonlinear behaviors of concrete and reinforcing bars. The parallel finite element program is developed utilizing Compute Unified Device Architecture (CUDA). The accuracy of the GPU-based parallel program including single precision and double precision was verified in comparison with ABAQUS. The numerical results demonstrated that the proposed algorithm can take full advantage of the parallel architecture of the GPU, and achieve the goal of speeding up the computation compared with CPU.
In this study, the equivalent elastic modulus of flexible textile composites was predicted by nonlinear finite element analysis. The analysis was carried out considering the material nonlinearity of fiber tows and the geometrical nonlinearity during large deformation using commercial analysis software, ABAQUS. To account for the geometrical nonlinearity due to the large shear deformation of fiber tows, a user defined material algorithm was developed and inserted in ABAQUS. In results, nonlinear stress-strain curve for the flexible textile composites under uni-axial tension was predicted from which effective elastic modulus was obtained and compared to the test result. The effective elastic moduli were calculated for the various finite element models with different waviness ratio of fiber tow.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.347-356
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2006
In this paper, practical nonlinear inelastic analysis method of 3-dimensional steel structures accounting for gradual yielding with fibers on a section is developed. Geometric nonlinearities of member(p-$\delta$) and frame(p-$\Delta$) are accounted for by using stability functions. Residual stresses are considered by assigning initial stresses to the fiber on the section. The elastic core in a section is investigated at every loading step to determine the axial and bending stiffness reduction. The strain reversal effect is captured by investigating the stress change of each fiber. The proposed analysis proves to be useful in applying for practical analysis and design of three-dimensional steel frames.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.3
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pp.140-148
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2003
An analysis fur the warping process has been performed to design the warper beam. Nonlinear material response is included in the physical model of polyester yarn. Large deformation finite element simulation considering contact and frictional analysis are used to obtain the pressure on the barrel of the warper beam. Loading condition on the flange is assumed by using the pressure on the barrel, winding number of yarn, Poisson's ratio of fiber, and fiber volume fraction. By using the above loading conditions NASTRAN finite element simulation is performed to calculate stress distribution and deformation of the warper beam. By comparing the deformed shape of the flange with experimental result, loading condition on the flange has been obtained. The obtained loading conditions on the barrel and flange can be utilized to design the warper beam.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.95-100
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1999
A FEA(finite element analysis model) was proposed to study stress and strain distributions in thick composites with fiber waviness and initial curvature under flexural loading. Three types of model with initial curvature were considered in this study: flat, concave and concave models. In the analysis, both material and geometrical nonlinearities were incorporated. Four point flexural tests were conducted on the flat specimens to obtain the flexural behavior of thick composites experimentally. It was concluded that the predictions from the models were in good agreement with the experimental results. It was shown that the stress and strain distributions as well as nonlinear flexural behaviors of thick composites were significantly affected by the fiber waviness and initial curvature.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.111-118
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2002
In this paper, FEM analysis is performed in order to estimate the behavior of RC columns retrofitted with Carbon Fiber Sheet(CFS). Two node truss element and four node isometric plate bond element are used for modeling the CFS and the adhesion between concrete and CFS, respectively. Five specimens with different quantity of CFS are analyzed and compared with experimental results. From the comparison, analytical results show a good agreement with the test results. Therefore, it is advisable to use the FEM used in this paper to predict the behavior of columns with CFS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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