have been many studies to analyze the behavior of metal plate connector that most widely used to connect light frame wood trusses. Finite element method{FEM) was one of the methods for those studies. FEM using linear model may well be applicable to predict the initial slope of load-displacement curve for metal plate connection. However, displacement may be overestimated above experimental results with the increase of load. Therefore, linear model cannot be used for the nonlinear behavior part. To predict real behavior more exactly, nonlinear term was included to FEM model in this study. It was found out that EA and AA mode showed the high agreement between predicted results and experimental ones. However, EE and AE mode showed a little difference between predicted results and experimental ones in nonlinear part. This results might be caused by insufficient reflection of the slip effect. Consequently, the effect of slip shall be considered to approve the accuracy of nonlinear analysis for the behavior of metal plate connection.
The behavior of steel-concrete composite beams is strongly influenced by the type of shear connection between the steel beam and the concrete slab. For accurate analytical predictions, the structural model must account for the interlayer slip between these two components. This paper focuses on a procedure for response sensitivity analysis using state-of-the-art finite elements for composite beams with deformable shear connection. Monotonic and cyclic loading cases are considered. Realistic cyclic uniaxial constitutive laws are adopted for the steel and concrete materials as well as for the shear connection. The finite element response sensitivity analysis is performed according to the Direct Differentiation Method (DDM); its analytical derivation and computer implementation are validated through Forward Finite Difference (FFD) analysis. Sensitivity analysis results are used to gain insight into the effect and relative importance of the various material parameters in regards to the nonlinear monotonic and cyclic response of continuous composite beams, which are commonly used in bridge construction.
In recent years, CFRP material usage in strengthening applications gradually became widespread. Especially, the studies on the strengthening of shear deficient reinforced concrete beams with CFRP strips are chosen as a subject to numerous experimental studies and research on this subject are increased rapidly. The most important variable, that is affected on the failure mode of CFRP strips and that is needed for determining the shear capacity of the strengthened reinforced concrete beams, is the strain distribution between CFRP strips and concrete. Numerous experimental studies are encountered in the literature about the determination of strain distribution between CFRP strips and concrete. However, these studies mainly focused on the CFRP strips under axial tension. There are very limited numbers of experimental and analytic studies examining the strain distribution between concrete and CFRP strips, which are under combined stresses due to the effects of shear force and bending moment. For this reason, existing experimental study in the literature is used as model for ANSYS finite element software. Nonlinear finite element analysis of RC beams strengthened against shear with CFRP strips under reverse cyclic loading is performed. The strain distributions between CFRP strips and concrete that is obtained from finite element analysis are compared with the results of experimental measurements. It is seen that the experimental results are consisted with the results derived from the finite element analysis and important findings on the strain distribution profile are reached by obtaining strain values of many points using finite element method.
In the finite element analysis of reinforced concrete structures, discrete representation of the steel reinforcing bars is considered advantageous over smeared representation because of the more realistic modelling of their bond-slip behaviour. However, there is up to now limited research on how to simulate the dowel action of discrete reinforcing bars, which is an important component of shear transfer in cracked concrete structures. Herein, a numerical model for the dowel action of discrete reinforcing bars is developed. It features derivation of the dowel stiffness based on the beam-on-elastic-foundation theory and direct assemblage of the dowel stiffness matrix into the stiffness matrices of adjoining concrete elements. The dowel action model is incorporated in a nonlinear finite element program based on secant stiffness formulation and application to deep beams tested by others demonstrates that the incorporation of dowel action can improve the accuracy of the finite element analysis.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
As the exploitation of oil and gas resources advances into deeper waters and harsher environments, the design and analysis of the flexible risers has become the research focus in the offshore engineering filed. Due to the complexity of the components and the sliding between the adjacent layers, the bending response of the flexible risers is highly non-linear. This paper presents the finite element analysis of the flexible risers under bending loads. The detailed finite element model of the flexible riser is established in ABAQUS software. This finite element model incorporates all the fine details of the riser to accurately predict its nonlinear structural behavior. Based on the finite element model, the bending moment-curvature relationships of a flexible riser under various axisymmetric loads have been investigated. The results have been compared with the analytical ones obtained from the literature and good agreements have been found. Moreover, the stress of the tendon armors has been studied. The non-linear relationship between the armor tendons' stress and the bending loads has been obtained.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.8
s.197
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pp.122-129
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2007
To evaluate the effect of artificial disc implantation and fusion on the biomechanics of adjacent motion segment, a nonlinear three-dimensional finite element model of whole lumbar spine (L1-S1) was developed. Biomechanical analysis was performed for two different types of artificial disc, ProDisc and SB $Charit{\acute{e}}$ III model, inserted at L4-L5 level and these results were also compared with fusion case. Angular motion of vertebral body, forces on the spinal ligaments and facet joint under sagittal plane loading with a compressive preload of 150 N at a nonlinear three-dimensional finite element model of Ll-S1 were compared. The implant did not significantly alter the kinematics of the motion segment adjacent to the instrumented level. However, $Charit{\acute{e}}$ III model tend to decrease its motion on the adjacent levels, especially in extension motion. Contrast to motion and ligament force changes, facet contact forces were increased in the adjacent levels as well as implanted level for constrained instantaneous center of rotation model, i.e. ProDisc model.
In this paper, geometrically non-linear analysis of a functionally graded simple supported beam is investigated with porosity effect. The material properties of the beam are assumed to vary though height direction according to a prescribed power-law distributions with different porosity models. In the nonlinear kinematic model of the beam, the total Lagrangian approach is used within Timoshenko beam theory. In the solution of the nonlinear problem, the finite element method is used in conjunction with the Newton-Raphson method. In the study, the effects of material distribution such as power-law exponents, porosity coefficients, nonlinear effects on the static behavior of functionally graded beams are examined and discussed with porosity effects. The difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of functionally graded porous beam is investigated in detail. Also, the effects of the different porosity models on the functionally graded beams are investigated both linear and nonlinear cases.
This paper presents geometrically nonlinear behavior of cracked fiber reinforced composite beams by using finite element method with and the first shear beam theory. Total Lagrangian approach is used in the nonlinear kinematic relations. The crack model is considered as the rotational spring which separate into two parts of beams. In the nonlinear solution, the Newton-Raphson is used with incremental displacement. The effects of fibre orientation angles, the volume fraction, the crack depth and locations of the cracks on the geometrically nonlinear deflections of fiber reinforced composite are examined and discussed in numerical results. Also, the difference between geometrically linear and nonlinear solutions for the cracked fiber reinforced composite beams.
In this paper, geometrically nonlinear static analysis of laminated composite beams is investigated under hygrothermal effect. In the solution of problem, the finite element method is used within the first shear beam theory. Total Lagrangian approach is used nonlinear kinematic model. The geometrically nonlinear formulations are developed for the laminated beams with hygro-thermal effects. In the nonlinear solution of the problem, the Newton-Raphson method is used with incremental displacement. In order to verify of obtained formulations, a comparison study is performed. The effects of the fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates, temperature rising and moisture changes on the nonlinear static displacements and configurations of the composite laminated beam are investigated in the numerical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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