The purpose of this paper is to present an analysis method by using the finite element
method which can exactly analyze load-deflection relationships, crack propagations. and
stresses and strains of reinforcements, tendons, and concrete in behaviors of elastic.
inelastic and ultimate ranges of reinforced and prestressed concrete slabs under
monotonically increasing loads. For t h i s purpose, the m a t e r i a l and geometric
nonlinearities are taken into account in this study. The total Lagrangian formulation
based upon the simplified Von Karman strain expressions is used to take into account
the geometric nonlinearities of the structure. The material nonlinearities are taken into
account by comprising the tension, compression. and shear models of cracked concrete
and models for reinforcements and tendons in the concrete : and also a so-called
smeared crack model is incorporated. The reinforcements and t,endons are assumed to be
in a uniaxial stress state and are modelled as smeared layers of equivalent thickness.
For the verification of application and validity of the method proposed in this paper,
several numerical examples are analyzcd and compared with experimental results. As a
result, this method can successfully predict the nonlinear and inelastic behaviors
throughout the fracture of reinforced and prestressed concrete slabs.
In this study, a simplified method of improving not only transverse shear stress but also shear strain based on the first-order shear deformation theory was developed. Unlike many established methods, such as the higher-order shear deformation and layerwise theories, this method can easily apply to finite elements as only $C^0$ continuity is necessary and the formulation of equations is very simple. The basic concept in this method, however, must be corrected:the distribution of the transverse shear stresses and shear strains through the thickness from the formulation based on the higher-order shear deformation theory. Therefore, the shear correction factors are no longer required, based on the first-order shear deformation theory. Numerical analyses were conducted to verify the validity of the proposed formulations. The solutions based on the simplified method were in very good agreement with the results considering the higher-order shear deformation theory.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.775-786
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2002
A Mixed Volume and Boundary Integral Equation Method is applied for the effective analysis of elastic wave scattering problems and plane elastostatic problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions and voids or isotropic inclusions. It should be noted that this newly developed numerical method does not require the Green's function for anisotropic inclusions to solve this class of problems since only Green's function for the unbounded isotropic matrix is involved in their formulation for the analysis. This new method can also be applied to general two-dimensional elastodynamic and elastostatic problems with arbitrary shapes and number of anisotropic inclusions and voids or isotropic inclusions. In the formulation of this method, the continuity condition at each interface is automatically satisfied, and in contrast to finite element methods, where the full domain needs to be discretized, this method requires discretization of the inclusions only. Finally, this method takes full advantage of the pre- and post-processing capabilities developed in FEM and BIEM. Through the analysis of plane elastostatic problems in unbounded isotropic matrix with orthotropic inclusions and voids or isotropic inclusions, and the analysis of plane wave scattering problems in unbounded isotropic matrix with isotropic inclusions and voids, it will be established that this new method is very accurate and effective for solving plane wave scattering problems and plane elastic problems in unbounded solids containing general anisotropic inclusions and voids/cracks or isotropic inclusions.
Abdelaziz, Hadj Henni;Meziane, Mohamed Ait Amar;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Steel and Composite Structures
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v.25
no.6
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pp.693-704
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2017
In this research, a simple hyperbolic shear deformation theory is developed and applied for the bending, vibration and buckling of powerly graded material (PGM) sandwich plate with various boundary conditions. The displacement field of the present model is selected based on a hyperbolic variation in the in-plane displacements across the plate's thickness. By splitting the deflection into the bending and shear parts, the number of unknowns and equations of motion of the present formulation is reduced and hence makes them simple to use. Equations of motion are obtained from Hamilton's principle. Numerical results for the natural frequencies, deflections and critical buckling loads of several types of powerly graded sandwich plates under various boundary conditions are presented. The accuracy of the present formulation is demonstrated by comparing the computed results with those available in the literature. As conclusion, this theory is as accurate as other theories available in the literature and so it becomes more attractive due to smaller number of unknowns.
In the present study, a suitable mathematical model considering parabolic transverse shear strains for dynamic analysis of laminated composite skew plates under different types of impulse and spatial loads was presented for the first time. The proposed mathematical model satisfies zero transverse shear strain at the top and bottom of the plate. On the basis of the cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields of the present mathematical model, a 2D finite element (FE) model was developed including skew transformations in the mathematical model. No shear correction factor is required in the present formulation and damping effect was also incorporated. This is the first FE implementation considering a cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields including skew transformations to solve the forced vibration problem of composite skew plates. The effect of transverse shear and rotary inertia was incorporated in the present model. The Newmark-${\beta}$ scheme was adapted to perform time integration from step to step. The $C^0$ FE formulation was implemented to overcome the problem of $C^1$ continuity associated with the cubic variation of thickness coordinate in in-plane displacement fields. The numerical studies showed that the present 2D FE model predicts the result close to the analytical results. Many new results varying different parameter such as skew angles, boundary conditions, etc. were presented.
Yaylaci, Murat;Adiyaman, Gokhan;Oner, Erdal;Birinci, Ahmet
Computers and Concrete
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v.27
no.3
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pp.199-210
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2021
The aim of this paper was to examine the continuous and discontinuous contact problems between the functionally graded (FG) layer pressed with a uniformly distributed load and homogeneous half plane using an analytical method and FEM. The FG layer is made of non-homogeneous material with an isotropic stress-strain law with exponentially varying properties. It is assumed that the contact at the FG layer-half plane interface is frictionless, and only the normal tractions can be transmitted along the contacted regions. The body force of the FG layer is considered in the study. The FG layer was positioned on the homogeneous half plane without any bonds. Thus, if the external load was smaller than a certain critical value, the contact between the FG layer and half plane would be continuous. However, when the external load exceeded the critical value, there was a separation between the FG layer and half plane on the finite region, as discontinuous contact. Therefore, there have been some steps taken in this study. Firstly, an analytical solution for continuous and discontinuous contact cases of the problem has been realized using the theory of elasticity and Fourier integral transform techniques. Then, the problem modeled and two-dimensional analysis was carried out by using ANSYS package program based on FEM. Numerical results for initial separation distance and contact stress distributions between the FG layer and homogeneous half plane for continuous contact case; the start and end points of separation and contact stress distributions between the FG layer and homogeneous half plane for discontinuous contact case were provided for various dimensionless quantities including material inhomogeneity, distributed load width, the shear module ratio and load factor for both methods. The results obtained using FEM were compared with the results found using analytical formulation. It was found that the results obtained from analytical formulation were in perfect agreement with the FEM study.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.26
no.3
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pp.9-22
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2021
This study proposes a supply chain network (SCN) model considering supply disruption in assembly industry. For supply disruption, supplier disruption and its route disruption are simultaneously taken into consideration in the SCN model. With the simultaneous consideration, the SCN model can achieve its flexibility and efficiency. A mathematical formulation is suggested for representing the SCN model, and a proposed hybrid genetic algorithm (pro-HGA) is used for implementing the mathematical formulation. In numerical experiment, the performance of the pro-HGA approach is compared with those of some conventional approaches using the SCN models with various scales, and a sensitivity analysis considering the change of the numbers of suppliers and backup routes is done. Experimental results show that the performances of the pro-HGA approach are superior to those of the conventional approaches, and the flexibility and efficiency of the SCN model considering supply disruption are proved. Finally, the significance of this study is summarized and a potential future research direction is mentioned in conclusion.
Abdelhak Mesbah;Zakaria Belabed;Khaled Amara;Abdelouahed Tounsi;Abdelmoumen A. Bousahla;Fouad Bourada
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.3
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pp.291-309
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2023
This paper addresses the finite element modeling of functionally graded porous (FGP) beams for free vibration and buckling behaviour cases. The formulated finite element is based on simple and efficient higher order shear deformation theory. The key feature of this formulation is that it deals with Euler-Bernoulli beam theory with only three unknowns without requiring any shear correction factor. In fact, the presented two-noded beam element has three degrees of freedom per node, and the discrete model guarantees the interelement continuity by using both C0 and C1 continuities for the displacement field and its first derivative shape functions, respectively. The weak form of the governing equations is obtained from the Hamilton principle of FGP beams to generate the elementary stiffness, geometric, and mass matrices. By deploying the isoparametric coordinate system, the derived elementary matrices are computed using the Gauss quadrature rule. To overcome the shear-locking phenomenon, the reduced integration technique is used for the shear strain energy. Furthermore, the effect of porosity distribution patterns on the free vibration and buckling behaviours of porous functionally graded beams in various parameters is investigated. The obtained results extend and improve those predicted previously by alternative existing theories, in which significant parameters such as material distribution, geometrical configuration, boundary conditions, and porosity distributions are considered and discussed in detailed numerical comparisons. Determining the impacts of these parameters on natural frequencies and critical buckling loads play an essential role in the manufacturing process of such materials and their related mechanical modeling in aerospace, nuclear, civil, and other structures.
One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.
The current paper discusses the dynamic and stability responses of cross-ply composite laminated plates by employing a refined quasi-3D trigonometric shear deformation theory. The proposed theory takes into consideration shear deformation and thickness stretching by a trigonometric variation of in-plane and transverse displacements through the plate thickness and assures the vanished shear stresses conditions on the upper and lower surfaces of the plate. The strong point of the new formulation is that the displacements field contains only 4 unknowns, which is less than the other shear deformation theories. In addition, the present model considers the thickness extension effects (εz≠0). The presence of the Winkler-Pasternak elastic base is included in the mathematical formulation. The Hamilton's principle is utilized in order to derive the four differentials' equations of motion, which are solved via Navier's technique of simply supported structures. The accuracy of the present 3-D theory is demonstrated by comparing fundamental frequencies and critical buckling loads numerical results with those provided using other models available in the open literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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