In the earlier application of the spline finite strip method(FSM), the uniform B3-spline functions were used in the longitudinal direction while the conventional interpolation functions were used in the transverse direction to construct the displacement filed in a strip. To overcome the shortcoming of the uniform B3-spline, non-periodic B-spline was developed as the displacement function. The use of non-periodic B3-spline function requires no tangential vectors at both ends to interpolate the geometry of shell and the Kronecker delta property is also satisfied at the end boundaries. Recently, non-periodic spline FSM which was modified to have a multiple knots at the boundary was developed for the shell analysis and applied to the analysis of bridges. In the formulation of a non-symmetric spline finite strip method, the concepts of non-periodic B3-spline and a stress-resultant finite strip with drilling degrees of freedom for a shell are used. The introduction of non-symmetrically spaced knots in the longitudinal direction allows the selective local refinement to improve the accuracy of solution at the connections or at the location of concentrated load. A number of numerical tests were performed to prove the accuracy and efficiency of the present study.
This paper extends the use of the hierarchic degenerated shell element to geometric non-linear analysis of composite laminated skew plates by the p-version of the finite element method. For the geometric non-linear analysis, the total Lagrangian formulation is adopted with moderately large displacement and small strain being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The present model is based on equivalent-single layer laminate theory with the first order shear deformation including a shear correction factor of 5/6. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. A wide variety of linear and non-linear results obtained by the p-version finite element model are presented for the laminated skew plates as well as laminated square plates. A numerical analysis is made to illustrate the influence of the geometric non-linear effect on the transverse deflections and the stresses with respect to width/depth ratio (a/h), skew angle (${\beta}$), and stacking sequence of layers. The present results are in good agreement with the results in literatures.
Hadji, Lazreg;Meziane, M. Ait Amar;Abdelhak, Z.;Daouadji, T. Hassaine;Bedia, E.A Adda
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.127-140
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2016
In this paper, a new first shear deformation plate theory based on neutral surface position is developed for the static and the free vibration analysis of functionally graded plates (FGPs). Moreover, the number of unknowns of this theory is the least one comparing with the traditional first-order and the other higher order shear deformation theories. The neutral surface position for a functionally graded plate which its material properties vary in the thickness direction is determined. The mechanical properties of the plate are assumed to vary continuously in the thickness direction by a simple power-law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Based on the present shear deformation plate theory and the neutral surface concept, the governing equations are derived from the principle of Hamilton. There is no stretching-bending coupling effect in the neutral surface based formulation. Numerical illustrations concern flexural and dynamic behavior of FG plates with Metal-Ceramic composition. Parametric studies are performed for varying ceramic volume fraction, length to thickness ratios. The accuracy of the present solutions is verified by comparing the obtained results with the existing solutions.
A three-dimensional formulation is proposed to analyze the lateral loading distribution of external actions in high-rise buildings. The method is extended to encompass any combination of bracings, including bracings with open thin-walled cross-sections, which are analyzed in the framework of Timoshenko-Vlasov's theory of sectorial areas. More in detail, the proposed unified approach is a tool for the preliminary stages of structural design. It considers infinitely rigid floors in their own planes, and allows to better understand stress and strain distributions in the different bearing elements if compared to a finite element analysis. Numerical examples, describing the structural response of tall buildings characterized by bracings with different cross-section and height, show the effectiveness and flexibility of the proposed method. The accuracy of the results is investigated by a comparison with finite element solutions, in which the bracings are modelled as three-dimensional structures by means of shell elements.
This paper presents results for impedance (and compliance) functions and input motions of foundations in a layered half-space computed on the basis of a procedure that combines a consistent transmitting boundary with continued-fraction absorbing boundary conditions which are accurate and effective in modeling wave propagation in various unbounded domains. The effects of obliquely incident seismic waves in a layered half-space are taken into account in the formulation of the transmitting boundary. Using the numerical model, impedance (and compliance) functions and input motions of rigid circular foundations on the surface of or embedded in a homogeneous half-space are computed and compared with available published results for verification of the procedure. Extrapolation methods are proposed to improve the performance in the very-low-frequency range and for the static condition. It is concluded from the applications that accurate analysis of foundation dynamics and soil-structure interaction in a layered half-space can be carried out using the enhanced consistent transmitting boundary and the proposed extrapolations.
This paper deals with the modeling of the plane frame structure-foundation-soil system. The superstructure along with the foundation beam is idealized as beam bending elements. The soil medium near the foundation beam with stress concentrated is idealized by isoparametric finite elements, and infinite elements are used to represent the far field of the soil media. This paper presents the modeling of shear wall structure-foundation and soil system using the optimal membrane triangular, super and conventional finite elements. Particularly, an alternative formulation is presented for the optimal triangular elements aimed at reducing the programming effort and computational cost. The proposed model is applied to a plane frame-combined footing-soil system. It is shown that the total settlement obtained from the non-linear interactive analysis is about 1.3 to 1.4 times that of the non-interactive analysis. Furthermore, the proposed model was found to be efficient in simulating the shear wall-foundation-soil system, being able to yield results that are similar to those obtained by the conventional finite element method.
Barros, Joaquim A.O.;Lourenco, Lucio A.P.;Soltanzadeh, Fatemeh;Taheri, Mahsa
Advances in concrete construction
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v.1
no.1
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pp.1-27
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2013
Discrete steel fibres can increase significantly the bending and the shear resistance of concrete structural elements when Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) is designed in such a way that fibre reinforcing mechanisms are optimized. To assess the fibre reinforcement effectiveness in shallow structural elements failing in bending and in shear, experimental and numerical research were performed. Uniaxial compression and bending tests were executed to derive the constitutive laws of the developed SFRC. Using a cross-section layered model and the material constitutive laws, the deformational behaviour of structural elements failing in bending was predicted from the moment-curvature relationship of the representative cross sections. To evaluate the influence of the percentage of fibres on the shear resistance of shallow structures, three point bending tests with shallow beams were performed. The applicability of the formulation proposed by RILEM TC 162-TDF for the prediction of the shear resistance of SFRC elements was evaluated. Inverse analysis was adopted to determine indirectly the values of the fracture mode I parameters of the developed SFRC. With these values, and using a softening diagram for modelling the crack shear softening behaviour, the response of the SFRC beams failing in shear was predicted.
Estimation of accumulated rotational angles and settlements are critical in design of wind turbine foundation. However, there have been few exploring the response of bucket foundation to long-term cyclic loading. We performed a series of three-dimensional finite element analyses of bucket foundations installed in sands. An empirical formulation which captures the stiffness degradation observed in cyclic triaxial tests implemented into the finite element analysis in the form of a user subroutine. Using the stiffness degradation model the accumulated rotation and displacement of bucket foundation were calculated. Additionally, important factors affecting the response under cyclic loading were assessed.
This paper aims to investigate the transient vibration behavior of functionally graded carbon nanotube (FG-CNT) reinforced nanocomposite plate resting on Pasternak foundation under pulse excitation. The plate is considered to be composed of matrix material and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with distribution as per the functional grading concept. The functionally graded distribution patterns in nanocomposite plate are explained more appropriately with the layer-wise variation of carbon nanotubes weight fraction in the thickness coordinate. The layers are stacked up in such a way that it yields uniform and three other types of distribution patterns. The effective material properties of each layer in nanocomposite plate are obtained by modified Halpin-Tsai model and rule of mixtures. The governing equations of an illustrative case of simply-supported nanocomposite plate resting on the Pasternak foundation are derived from third order shear deformation theory and Navier's solution technique. A converge transient response of nanocompiste plate under uniformly distributed load with triangular pulse is obtained by varying number of layer in thickness direction. The validity and accuracy of the present model is also checked by comparing the results with those available in literature for isotropic case. Then, numerical examples are presented to highlight the effects of distribution patterns, foundation stiffness, carbon nanotube parameters and plate aspect ratio on the central deflection response. The results are extended with the consideration of proportional damping in the system and found that nanocomposite plate with distribution III have minimum settling time as compared to the other distributions.
Due to large in-field current carrying capacity and strong mechanical strength, a REBCO wire has been regarded as a viable high temperature superconductor (HTS) option for high field MRI and > 1 GHz (>23.5 T) NMR magnets. However, a REBCO magnet is well known to have an inherent problem of field inhomogeneity, so-called 'Screening Current induced magnetic Field (SCF)'. Recently, 'field shaking' and 'current overshoot operation' techniques have been successfully demonstrated to mitigate the SCF and enhance the field homogeneity by experiments. To investigate the effectiveness of current overshooting operation technique, a numerical simulation is conducted for a test REBCO magnet composed of a stack of double pancake coils using '2D edge-element magnetic field formulation' combined with 'domain homogenization' scheme. The simulation result demonstrates that an appropriate amount of current overshoot can negate the SCF. To verify the simulation results, current overshoot experiments are conducted for the REBCO magnet in liquid nitrogen. Experimental results also demonstrate the possible application of current overshoot technique to mitigate the SCF and enhance the field homogeneity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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