According to the recent development of measurement system utilizing one or a set of boreholes, visualization of the explored underground became to be a major issue. It induced even the introduction of monitoring apparatuses on the borehole wall with multi-function tool, but the usage of these was often limited by where is unfavorable rock condition and a few of engineers can approach. And so, a portable type of borehole camera with only the essential function has been investigated and a few of commercial models about this is recently being applied into the field condition. This paper was based on the monitoring results obtained using a commercial model by Dr. Nakagawa. Discontinuities in rock mass were the topic for the visualization, and it was studied how can visualize their three dimensional distribution and what a numerical formulation is needed and how to understand the visualization result. The numerical formulation was based on the geometric correlation between the dip direction / dip of discontinuous plane and the trend / plunge of borehole, a set of the equation of a plane was induced. As field application of this into two places, it is found that the above visualization methodology will be especially an useful geotechlical tool for analyzing the local distribution of discontinuities.
This study is devoted to the problems of thermal and shrinkage stresses in order to avoid cracking at early ages. The early-age damage induced by volume change has great influence on the long-term structural performance of the concrete structures such as its durability and serviceability To solve this complex problem, the computer programs for analysis of thermal and shrinkage stresses were developed. In these procedures, numerous material models are needed and the realistic numerical models have been developed and validated by comparison with relevant experimental results in order to solve practical problems. A framework has been established for formulation of material models and analysis with 3-D finite element method. After the analysis of the temperature, moisture and degree of hydration field in hardening concrete structure, the stress development is determined by incremental structural formulation derived from the principle of virtual work. In this study, the stress development is related to thermal and shrinkage deformation, and resulting stress relaxation due to the effect of early-age creep. From the experimental and numerical results it is found that the early-age creep p)ays important role in evaluating the accurate stress state. The developed analysis program can be efficiently utilized as a useful tool to evaluate the thermal and shrinkage stresses and to find measures for avoiding detrimental cracking of concrete structures at early ages.
Critical chloride content for corrosion initiation is a crucial parameter in determining the durability and integrity of reinforced concrete structures, however, the value is still ambiguous. Most of the studies reporting critical threshold chloride content have involved the experimental measurement of the average amount of the total chloride content at arbitrary time. The majority of these researches have not dealt with this issue combined with carbonation of concrete, although carbonation can significantly impact on critical threshold chloride content. Furthermore, the studies have tried to define the critical chloride content within the scope of their experimental concrete mix proportion at arbitrary time. However, critical chloride content for corrosion initiation is known to be affected by a lot of factors including cement content, type of binder, chloride binding, concentration of hydroxyl ions, and so on. It is necessary to define the unified formulation to express the critical chloride content for various mix proportions of concrete. The purpose of this study is to establish an analytical formulation of the critical chloride content of concrete. In this formulation, affecting factors, such as mix proportion, environment, chemical evolution of pore solution with elapsed time, carbonation of concrete and so on are taken into account. Based on the Gouda's experimental results, critical chloride content is defined as a function of $[Cl^-]$ vs. $[OH^-]$ in pore solution. This is expressed as free chloride content with mass unit to consider time evolution of $[OH^-]$ content in pore solution using the numerical simulation programme of cementitious materials, HYMOSTRUC. The result was compared with other experimental studies and various codes. It is believed that the approach suggested in this study can provide a good solution to determine the reasonable critical chloride content with original source of chloride ions, for example, marine sand at initial time, and sea water penetration later on.
The successful performance of any numerical geotechnical simulation depends on the accuracy and efficiency of the numerical implementation of constitutive model used to simulate the stress-strain (constitutive) response of the soil. The corner stone of the numerical implementation of constitutive models is the numerical integration of the incremental form of soil-plasticity constitutive equations over a discrete sequence of time steps. In this paper a well known two-surface soil plasticity model is implemented using a generalized implicit return mapping algorithm to arbitrary convex yield surfaces referred to as the Closest-Point-Projection method (CPPM). The two-surface model describes the nonlinear behavior of coarse-grained materials by incorporating a bounding surface concept together with isotropic and kinematic hardening as well as fabric formulation to account for the effect of fabric formation on the unloading response. In the course of investigating the performance of the CPPM integration method, it is proven that the algorithm is an accurate, robust, and efficient integration technique useful in finite element contexts. It is also shown that the algorithm produces a consistent tangent operator $\frac{d\sigma}{d\varepsilon}$ during the iterative process with quadratic convergence rate of the global iteration process.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.5
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pp.1383-1393
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2014
Recently, with rapid improvement in computer hardware and theoretical development in the field of computational fluid dynamics, high-order accurate schemes also have been applied in the realm of computational hydraulics. In this study, numerical solutions of 1D shallow water equations are presented with TVD Runge-Kutta discontinuous Galerkin (RKDG) finite element method. The transcritical flows such as dam-break flows due to instant dam failure and transcritical flow with bottom elevation change were studied. As a formulation of approximate Riemann solver, the local Lax-Friedrichs (LLF), Roe, HLL flux schemes were employed and MUSCL slope limiter was used to eliminate unnecessary numerical oscillations. The developed model was applied to 1D dam break and transcritical flow. The results were compared to the exact solutions and experimental data.
Rezaiee-Pajand, M.;Ghalishooyan, M.;Salehi-Ahmadabad, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.6
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pp.879-914
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2013
In part I of the article, formulation and characteristics of the several well-known structural geometrical nonlinear solution techniques were studied. In the present paper, the efficiencies and capabilities of residual load minimization, normal plane, updated normal plane, cylindrical arc length, work control, residual displacement minimization, generalized displacement control and modified normal flow will be evaluated. To achieve this goal, a comprehensive comparison of these solution methods will be performed. Due to limit page of the article, only the findings of 17 numerical problems, including 2-D and 3-D trusses, 2-D and 3-D frames, and shells, will be presented. Performance of the solution strategies will be considered by doing more than 12500 nonlinear analyses, and conclusions will be drawn based on the outcomes. Most of the mentioned structures have complex nonlinear behavior, including load limit and snap-back points. In this investigation, criteria like number of diverged and complete analyses, the ability of passing load limit and snap-back points, the total number of steps and analysis iterations, the analysis running time and divergence points will be examined. Numerical properties of each problem, like, maximum allowed iteration, divergence tolerance, maximum and minimum size of the load factor, load increment changes and the target point will be selected in such a way that comparison result to be highly reliable. Following this, capabilities and deficiencies of each solution technique will be surveyed in comparison with the other ones, and superior solution schemes will be introduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.7
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pp.1042-1049
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1997
LMFBR(Liquid Metal Fast Breeder Reactor) vessel is operated under the high temperatures of 500-550.deg. C. Thus, transient thermal loads were severe enough to cause inelastic deformation due to creep-fatigue and plasticity. For reduction of such inelastic deformations, Y-piece structure in the form of a thermal sleeve is used in LMFBR vessel under repeated start-up, service and shut-down conditions. Therefore, a systematic method for inelastic analysis is needed for design of the Y-piece structure subjected to such loading conditions. In the present investigation, finite element analysis of heat transfer and inelastic thermal stress were carried out for the Y-piece structure in LMFBR vessel under service conditions. For such analysis, ABAQUS program was employed based on the elasto-plastic and Chaboche viscoplastic constitutive equations. Based on numerical data obtained from the analysis, creep-fatigue damage estimation according to ASME Code Case N-47 was made and compared to each other. Finally, it was found out that the numerical predictio of damage level due to creep based on Chaboche unified viscoplastic constitutive equation was relatively better compared to elasto-plastic constitutive formulation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.165-172
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2003
In this study, a new and efficient harmonic axisymmetric shell element for static and dynamic analysis Is proposed. The present element considering shear strain is based on a modified mixed variational principle in which the independent unknowns are only the Quantities prescribable at the shell edges. Unlike existing hybrid-mixed axisymmetric shell elements, the present element introduces additional nodeless degrees for displacement field Interpolation In order to enhance the numerical performance. The stress parameters are eliminated by the stationary condition and the nodeless degrees are condensed out by the Guyan reduction. Through several numerical examples, the hybrid-miked shell element with the additional nodeless degrees and the consistent stress parameters is shown to be efficient and yield very accurate results for static and vibration analysis.
This paper presents optimization of a long-span portal steel frame under dynamic wind loads using a surrogate-assisted evolutionary algorithm. Long-span portal steel frames are often used in low-rise industrial and commercial buildings. The structure needs be able to resist the wind loads, and at the same time it should be as light as possible in order to be cost-effective. In this work, numerical model of a portal steel frame is constructed using structural analysis program (SAP2000), with the web-heights at five locations of I-sections of the columns and rafters as the decision variables. In order to evaluate the performance of a given design under dynamic wind loading, the equivalent static wind load (ESWL) is obtained from a database of wind pressures measured in wind tunnel tests. A modified formulation of the problem compared to the one available in the literature is also presented, considering additional design constraints for practicality. Evolutionary algorithms (EA) are often used to solve such non-linear, black-box problems, but when each design evaluation is computationally expensive (e.g., in this case a SAP2000 simulation), the time taken for optimization using EAs becomes untenable. To overcome this challenge, we employ a surrogate-assisted evolutionary algorithm (SAEA) to expedite the convergence towards the optimum design. The presented SAEA uses multiple spatially distributed surrogate models to approximate the simulations more accurately in lieu of commonly used single global surrogate models. Through rigorous numerical experiments, improvements in results and time savings obtained using SAEA over EA are demonstrated.
Brunesi, E.;Nascimbene, R.;Deyanova, M.;Pagani, C.;Zambelli, S.
Computers and Concrete
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v.15
no.6
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pp.951-972
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2015
The focus of the present study is to investigate both local and global behaviour of a precast concrete sandwich panel. The selected prototype consists of two reinforced concrete layers coupled by a system of cold-drawn steel profiles and one intermediate layer of insulating material. High-definition nonlinear finite element (FE) models, based on 3D brick and 2D interface elements, are used to assess the capacity of this technology under shear, tension and compression. Geometrical nonlinearities are accounted via large displacement-large strain formulation, whilst material nonlinearities are included, in the series of simulations, by means of Von Mises yielding criterion for steel elements and a classical total strain crack model for concrete; a bond-slip constitutive law is additionally adopted to reproduce steel profile-concrete layer interaction. First, constitutive models are calibrated on the basis of preliminary pull and pull-out tests for steel and concrete, respectively. Geometrically and materially nonlinear FE simulations are performed, in compliance with experimental tests, to validate the proposed modeling approach and characterize shear, compressive and tensile response of this system, in terms of global capacity curves and local stress/strain distributions. Based on these experimental and numerical data, the structural performance is then quantified under various loading conditions, aimed to reproduce the behaviour of this solution during production, transport, construction and service conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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