Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.182-189
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2000
This paper presents a simple and reliable constitutive model for predicting the nonlinear response of reinforced concrete subjected to general membrane loadings. Based on the concept of equivalent uniaxial strain, constitutive relations of concrete are presented in the axes of orthotropy. The behavior of cracked concrete is described by a system of orthogonal cracks, which follows the principal strain directions and rotates according to the loading history. Simple hysteretic rules defining the cyclic stress-strain curves of concrete and steel are used. In addition, the stiffness and strength degradation of cracked concrete is included in the formulation. Correlation studies between analytical results and experimental values from idealized shear panel tests are conducted with the objective to establish the validity of the proposed model.
The moment-curvature envelope describes the changes in the flexural capacity with deformation during a nonlinear analysis. Therefore, the moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. The moments and curvatures associated with increasing flexural deformations of the column may be computed for various column axial loads by incrementing the curvature and satisfying the requirements of strain compatibility and equilibrium of forces. Clearly it is important to have accurate information concerning the complete stress-strain curve of confined high-strength concrete in order to conduct reliable moment-curvature analysis that assesses the ductility available from high-strength concrete columns. However, it is not easy to explicitly characterize the mechanical behavior of confined high-strength concrete because of various parameter values, such as the confinement type of rectilinear ties, the compressive strength of concrete, the volumetric ratic and strength of rectangular ties. So a stress-strain model is developed which can simulate complete inelastic moment-curvature relations of high-strength concrete columns.
In the present paper the plastic buckling of thin-walled rectangular tube is analyzed. The stress-strain relations of the plates of the tube are idealized into nonlinear material of Ramberg and Osgood. Computing elastic moduli of the nonlinear material a precise plastic buckling stress has determined. The plastic buckling stress of the wider plate of the tube is considered as the crippling strength of the tube. The present theory is in good agreement with the experiments in various thickness-width ratios and materials.
Nonlinear mechanical behaviors of unidirectional carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) laminates using cup-stacked carbon nanotubes (CSCNTs) dispersed epoxy are evaluated and compared with those of CFRP laminates without CSCNTs. Off-axis compression tests are performed to obtain the stress-strain relations. One-parameter plasticity model is applied to characterize the nonlinear response of unidirectional laminates, and nonlinear behaviors of laminates with and without CSCNTs are compared. Clear improvement in stiffness of off-axis specimens by using CSCNTs is demonstrated, which is considered to contribute the enhancement of the longitudinal compressive strength of unidirectional laminates and compressive strength of multidirectional laminates. Finally, longitudinal compressive strengths are predicted based on a kink band model including the nonlinear responses in order to demonstrate the improvement in longitudinal strength of CFRP by dispersing CSCNTs.
Observing the unique stress-strain curves of the superelastic shape memory alloy (SMA) in tension and compression, the primary intention of this study is to investigate the behavior of the shafts made of the same material, under torsional loading-unloading cycles for large angle of twist. Experiments have been performed for the superelastic SMA shafts with different unsupported lengths and angles of twist and the results are compared with those of stainless steel (SUS304) shafts under similar test conditions. As expected for the superelastic SMA, the residual strains are small enough after each cycle and consequently, the hysteresis under loading-reverse loading is much narrower than that for the SUS304. For large angle of twists, the torsional strength of the superelastic SMA increases nonlinearly and exceeds that of SUS304. Most interestingly, the slender solid superelastic SMA shafts are found to buckle when acted upon torsion for large angle of twist.
This study aims to solve for nonlinear cylindrical shell systems with a semi-analytical and numerical approach implementing the P-T method. The procedures and conditions for such a study are presented in practically solving and analyzing the cylindrical shell systems. An analytical model for a nonlinear thick cylindrical shell (TCS) is established on the basis of the stress function and Reddy's higher-order shear deformation theory (HSDT). According to Reddy's HSDT, Hooke's law in three dimensions, and the von-Kármán equation, the stress-strain relations are developed for the thick cylindrical shell systems, and the three coupled nonlinear governing equations are thus established and discretized as per the Galerkin method, for implementing the P-T method. The solution generated with the approach is continuous everywhere in the entire time domain considered. The approach proposed can also be used to numerically solve and analyze the nonlinear shell systems. The procedures and recurrence relations for numerical solutions of shell systems are presented. To demonstrate the application of the approach in numerically solving for nonlinear cylindrical shell systems, a specific nonlinear cylindrical shell system subjected to an external excitation is solved numerically. In numerically solving for the system, the present approach shows higher efficiency, accuracy, and reliability in comparison with that of the Runge-Kutta method. The approach with the P-T method presented is practically sound especially when continuous and high-quality numerical solutions for the shell systems are considered.
Seismic response of the concrete column covered by nanofiber reinforced polymer (NFRP) layer is investigated. The concrete column is studied in this paper. The column is modeled using sinusoidal shear deformation beam theory (SSDT). Mori-Tanaka model is used for obtaining the effective material properties of the NFRP layer considering agglomeration effects. Using the nonlinear strain-displacement relations, stress-strain relations and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Harmonic differential quadrature method (HDQM) along with Newmark method is utilized to obtain the dynamic response of the structure. The effects of different parameters such as NFRP layer, geometrical parameters of column, volume fraction and agglomeration of nanofibers and boundary conditions on the dynamic response of the structure are shown. The results indicated that applied NFRP layer decreases the maximum dynamic displacement of the structure. In addition, using nanofibersas reinforcement leads a reduction in the maximum dynamic displacement of the structure.
In this paper, dynamic response of the horizontal nanofiber reinforced polymer (NFRP) strengthened concrete beam subjected to seismic ground excitation is investigated. The concrete beam is modeled using hyperbolic shear deformation beam theory (HSDBT) and the mathematical formulation is applied to determine the governing equations of the structure. Distribution type and agglomeration effects of carbon nanofibers are considered by Mori-Tanaka model. Using the nonlinear strain-displacement relations, stress-strain relations and Hamilton's principle (virtual work method), the governing equations are derived. To obtain the dynamic response of the structure, harmonic differential quadrature method (HDQM) along with Newmark method is applied. The aim of this study is to investigate the effect of NFRP layer, geometrical parameters of beam, volume fraction and agglomeration of nanofibers and boundary conditions on the dynamic response of the structure. The results indicated that applied NFRP layer decreases the maximum dynamic displacement of the structure up to 91 percent. In addition, using nanofibers as reinforcement leads a 35 percent reduction in the maximum dynamic displacement of the structure.
The present paper investigates the combination resonance behavior of imperfect spiral stiffened functionally graded (SSFG) cylindrical shells with internal and external functionally graded stiffeners under two-term large amplitude excitations. The structure is embedded within a generalized nonlinear viscoelastic foundation, which is composed of a two-parameter Winkler-Pasternak foundation augmented by a Kelvin-Voigt viscoelastic model with a nonlinear cubic stiffness, to account for the vibration hardening/softening phenomena and damping considerations. With regard to classical plate theory of shells, von-Kármán equation and Hook law, the relations of stress-strain are derived for shell and stiffeners. The spiral stiffeners of the cylindrical shell are modeled according to the smeared stiffener technique. According to the Galerkin method, the discretized motion equation is obtained. The combination resonance is obtained by using the multiple scales method. Finally, the influences of the stiffeners angles, foundation type, the nonlinear elastic foundation coefficients, material distribution, and excitation amplitude on the system resonances are investigated comprehensively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.1
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pp.21-28
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2008
Stress-strain curves based on Ramberg-Osgood and Hollomon relations are strongly dependent upon the regressed range of strain. This work investigates mathematical expressions of true stress-strain curves of metallic materials. We first observe the variation of yield strength, strain hardening exponent and stress-strain curve with regressed range of stain. Based on sectional regression and expression using one or two parameters, we propose an optimal strain range for which yield strength and nonlinear material behavior are quite appropriate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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