A new formulation based on lumped plasticity and inelastic hinges is presented in this paper for nonlinear analysis of Reinforced Concrete (RC) frame structures. Inelastic hinge behaviour is described using the principles of Continuum Damage Mechanics (CDM). Member formulation contains provisions to model stiffness degradation due to cracking of concrete and yielding of reinforcing steel. Depending on its nature, cracking is classified as concentrated or distributed. Concentrated cracking is accounted through a damage variable and its growth is defined based on strain energy principles. Presence of distributed flexural cracks in a member is taken care of by modelling it as non-prismatic. Plasticity theory supported by effective stress concept of CDM is applied to describe the post-yield response. Nonlinear quasi-static analysis is carried out on a RC column and a wide two-storey RC frame to verify the formulation. The column is subjected to constant axial load and monotonic lateral load while the frame is subjected to only lateral load. Computed results are compared with those due to experiments or other numerical methods to validate the performance of the formulation and also to highlight the contribution of distributed cracking on global response.
This paper deals with optimal mooring system to secure fish cage in a desired location, Through field investigation and paper works, we surveyed disasters by breakdown of cage frame and mooring system due to higher wave attack and selected compliant buoy mooring method for shallow water mooring system against severe coastal external forces. To analyze interaction between external forces and compliant buoy mooring system, theoretical model has developed as quasi-static nonlinear analysis. After verifying the feasibility of the numerical model compared with experiment, static analysis has tried for various mooring systems with different angle of array, number of mooring points, length of horizontal and inclined rope. Optimal mooring method using compliant buoy has selected for fish cage through numerical simulation. This results can apply for preliminary design for cage mooring system.
Due to the scarcity of extortionate experimental data, fatigue failure of the reinforced concrete (RC) element might be achieved economically adopting nonlinear finite element (FE) analysis as an alternative approach. However, conventional implicit dynamic analysis is expensive, quasi-static method overlooks interaction effects and inertia, direct cyclic analysis computes stabilized responses. Apart from this, explicit dynamic analysis may provide a numerical operating system for factual long-term responses. The study explores the fatigue behavior based on a simplified explicit dynamic solution employing nonlinear time domain analysis. Among fourteen RC beams, one beam is selected to validate under static loading, one under fatigue with the experimental study and other twelve to check the detail fatigue behavior. The SWOT (Strength, Weakness, Opportunities, Threats) analysis has been carried out to pinpoint the detail scenario in the adoption of numerical approach as an alternative to the experimental study. Excellent agreement of FE and experimental results is seen. The 3D nonlinear RC beam model at service fatigue limits is truthful to be used as an expedient contrivance to envisage the precise fatigue behavior. The simplified analysis approach for RC beam under fatigue offers savings in computation to predict responses providing acceptable accuracy rather than the complicated laboratory investigation. At higher frequency, the flexural failure occurs a bit earlier gradually compared to the repeated loading case of lower frequency. The deflection increases by 6%-10% at the end of first cycle for beams with increasing frequency of cyclic loading. However, at the end of fatigue loading, greater deflection occur earlier for higher load range because of more rapid stiffness degradation. For higher frequency, a slight boost in concrete compressive strains at an initial stage of loading has been seen indicating somewhat stepper increment. Stiffness degradation in larger loading cycle at same duration escalates the upsurge of the rate of strain in case of higher frequency.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.1
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pp.13-25
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2012
The purpose of this study was to investigate the seismic behavior of hollow circular reinforced concrete bridge columns with confinement steel, and to develop improved seismic design criteria. Three hollow circular columns were tested under a constant axial load and a quasi-static, cyclically reversed horizontal load. The accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced by using a sophisticated nonlinear finite element analysis program. The numerical method used gives a realistic prediction of the seismic performance throughout the loading cycles for the several test specimens investigated. Based on the experimental and analytical results, design recommendations are presented to improve current practice in the design and construction of hollow circular reinforced concrete bridge columns.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.746-757
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2021
To investigate the mechanism of friction-induced vibration and noise of ship water lubricated stern bearings, a two-degree-of-freedom (2-DOF) nonlinear self-excited vibration model is established. The novelty of this work lies in the detailed analysis of influence of different parameters on the stability and nonlinear vibration characteristics of the system, which provides a theoretical basis for the various friction vibration and noise phenomenon and has a very important directive meaning for low noise design of water lubricated stern bearings. The results reveal that the change of any parameter, such as rotating speed of shaft, contact pressure, friction coefficient, system damping and stiffness, has an important influence on the stability and nonlinear response of the system. The vibration amplitudes of the system increase as (a) rotating speed of shaft, contact pressure, and the ratio of static friction coefficient to dynamic friction coefficient increase and (b) the transmission damping between motor and shaft decreases. The frequency spectrum of the system is modulated by the first mode natural frequency, which is continuous multi-harmonics of the first mode natural frequency. The response of the system presents a quasi-periodic motion.
In this paper, the sensitivity of a plastic-damage-based structural damage index on mesh density is studied. Multiple finite element meshes with increasing density are used to investigate their effect on the damage index values calculated from nonlinear finite element simulations for a reinforced concrete column subjected to cyclic loading. With the simulation results, this paper suggests a correction method for the objective damage index based on nonlinear regression of volumetric tensile damage ratio data. The modified damage index values are presented in the quasi-static cyclic simulation to show the efficacy of the suggested correction method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.2
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pp.114-120
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2004
Propeller blades have complex airfoil section type geometry and the thickness is continuously varied to both its length and cord-wise direction. in the present research, the finite element analysis program PROSTEC (Propeller Stress Evaluation Code) is developed to calculate the structural responses of propeller blades in irregular ship wake field. To represent the curved and skewed geometry of propeller blades accurately, 20-node curved solid element using the quadratic shape function is adopted. Input data for the analysis including the geometry and pressure distribution of propeller blades can be generated automatically from the propeller design program. And to visualize the results of analysis on windows system conveniently, the post processor PROSTEC-POST is developed.
Ultra-lightweight cement composite (ULCC) with a compressive strength of 60 MPa and density of $1,450kg/m^3$ has been developed and used in the steel-concrete-steel (SCS) sandwich structures. This paper investigates the structural performances of SCS sandwich composite beams with ULCC as filled material. Overlapped headed shear studs were used to provide shear and tensile bond between the face plate and the lightweight core. Three-dimensional nonlinear finite element (FE) model was developed for the ultimate strength analysis of such SCS sandwich composite beams. The accuracy of the FE analysis was established by comparing the predicted results with the quasi-static tests on the SCS sandwich beams. The FE model was also applied to the nonlinear analysis on curved SCS sandwich beam and shells and the SCS sandwich beams with J-hook connectors and different concrete core including ULCC, lightweight concrete (LWC) and normal weight concrete (NWC). Validations were also carried out to check the accuracy of the FE analysis on the SCS sandwich beams with J-hook connectors and curved SCS sandwich structure. Finally, recommended FE analysis procedures were given.
Past studies have shown that the aspect ratio (width-to-height) of a steel plate shear wall (SPSW) can significantly affect its seismic response. SPSWs with lower aspect ratio (narrow SPSW) may experience low lateral stiffness and flexure dominated drift response. As the height of the frame increases, the narrow SPSWs prove to be uneconomical and demonstrate inferior seismic response than their wider counterparts. Moreover, the thicker web plates required for narrow SPSWs exerts high inward pull on the VBEs. The present study suggests the limiting values of the aspect ratio for an SPSW system by evaluating the seismic collapse performance of 3-, 6- and 9-story SPSW systems using FEMA P695 methodology. For this purpose, nonlinear models are developed. These models are validated with the past quasi-static experimental results. Non-linear static analyses and Incremental dynamic analyses are then carried. The results are then utilized to conservatively suggest the limiting values of aspect ratios for SPSW system. In addition to the conventional-SPSW (Conv-SPSW), the collapse performance of staggered-SPSW (S-SPSW) is also explored. Its performance is compared with the Conv-SPSW and the use of S-SPSW is suggested in the cases where SPSW with lower than recommended aspect ratio is desired.
Several two-dimensional analytical beam column joint models with varying complexities have been proposed in quantifying joint flexibility during seismic vulnerability assessment of non-ductile reinforced concrete (RC) frames. Notable models are the single component rotational spring element and the super element joint model that can effectively capture the governing inelastic mechanisms under severe ground motions. Even though both models have been extensively calibrated and verified using quasi-static test of joint sub-assemblages, a comparative study of the inelastic seismic responses under nonlinear time history analysis (NTHA) of RC frames has not been thoroughly evaluated. This study employs three hypothetical case study RC frames subjected to increasing ground motion intensities to study their inherent variations. Results indicate that the super element joint model overestimates the transient drift ratio at the first story and becomes highly un-conservative by under-predicting the drift ratios at the roof level when compared to the single-component model and the conventional rigid joint assumption. In addition, between these story levels, a decline in the drift ratios is observed as the story level increased. However, from this limited study, there is no consistent evidence to suggest that care should be taken in selecting either a single or multi component joint model for seismic risk assessment of buildings when a global demand measure such as maximum inter-storey drift is employed in the seismic assessment framework.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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