A numerical study is carried out to assess the dynamic response and damage level of one- and two-way reinforced concrete (RC) panels subjected to explosive loads by using finite element LS-DYNA software. The precision of the numerical models is validated with the previous experimental test. The calibrated models are used to conduct a series of parametric studies to evaluate the effects of panel wall dimensions, concrete strength, and steel reinforcement ratio on the blast-resistant capacity of the panel under various magnitudes of blast load. The results are used to develop pressure-impulse (P-I) diagrams corresponding to the damage levels defined according to UFC-3-340-02 manual. Empirical equations are proposed to easily construct the P-I diagrams of RC panels that can be efficiently used to assess its safety level against blast loads.
A new family of structure-dependent integration methods is developed to enhance with desired numerical damping. This family method preserves the most important advantage of the structure-dependent integration method, which can integrate unconditional stability and explicit formulation together, and thus it is very computationally efficient. In addition, its numerical damping can be continuously controlled with a parameter. Consequently, it is best suited to solving an inertia-type problem, where the unimportant high frequency responses can be suppressed or even eliminated by the favorable numerical damping while the low frequency modes can be very accurately integrated.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.26
no.4
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pp.244-262
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2022
In this paper, we analyze the hybridizable discontinuous Galerkin (HDG) method for second-order elliptic equations with nonlinear coefficients, which are used in many fields. We present the HDG method that uses a mixed formulation based on numerical trace and flux. Under assumptions on the nonlinear coefficient and H2-regularity for a dual problem, we prove that the discrete systems are well-posed and the numerical solutions have the optimal order of convergence as a mesh parameter. Also, we provide a matrix formulation that can be calculated using an iterative technique for numerical experiments. Finally, we present representative numerical examples in 2D to verify the validity of the proof of Theorem 3.10.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.3
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pp.25-37
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1992
A nonlinear finite element formulation which has the capability of handling very large geometrical changes is presented. The formulation is based on an updated material reference frame and hence true stress-strain test can be directly applied to properly characterize properties of materials which are subjected to very large deformation. For the large deformation, a consistent formulation based on the continuum mechanics approach is derived. The kinematics is referred to an updated material frame. Body equilibrium is also established in an updated geometry and the second Piola-Kirchhoff stress and the updated Lagrangian strain tensor are used in the formulation. Numerical examples for very large deformation of framed structures and plane solids are analyzed for verification purposes. The numerical solutions are obtained by an incremental numerical procedure. The importance of handing material properties properly is also demonstrated.
Experimental study of sedimentation and self-weight consolidation has been primary research area in dredged soil. However, good quality of the dredged soil and minimum water pollution caused by the pumping of reclaimed soil require intensive study of the flow characteristics of dredged material due to dumping. In this study, continuity and the equilibrium equations for mass flow assuming single phase was derived to simulate mass flow in dredged containment area. To optimize computation and modeling time for three dimensional geometry and boundary conditions, depth integration is applied to governing equations to consider three dimensional topography of the site. Petrov-Galerkin formulation is applied in spatial discretization of governing equations. Generalized trapezoidal rule is used for time integration, and Newton iteration process approximated the solution. DG and CDG technique were used for weighting matrix in discontinuous test function in dredged flow analysis, and numerical stability was evaluated by performed a square slump simulation. A comparative analysis for numerical methods showed that DG method applied to SU / PG formulation gives minimal pseudo oscillation and reliable numerical results.
Over-coating is one of the most popular engineering practices to strengthen Reinforced Concrete (RC) structures, due to the relative quickness and ease of construction. It consists of an external coat bonded to the outer surface of the structural RC element, either by the use of chemical adhesives, mechanical anchor bolts or simply mortar injection. In contrast to these constructive advantages, the numerical estimation of the bearing capacity of the strengthened reinforced concrete element is still complicated, not only for the complexity of modelling a flexible membrane or plate attached to a quasi-rigid solid, but also for the difficulties that raise of simulating any potential delamination between both materials. For these reasons, the standard engineering calculations used in the practice remain very approximated and clumsy. In this work, we propose the formulation of a new 2D solid-layer finite element capable to link a solid body with a flexible thin layer, as it were the "skin" of the body, allowing the potential delamination between both materials. In numerical terms, this "skin" element is intended to work as a transitional region between a solid body (modelled with a classical formulation of a standard quadrilateral four-nodes element) and a flexible coat layer (modelled with cubic beam element), dealing with the incompatibility of Degrees-Of-Freedom between them (two DOF for the solid and three DOF for the beam). The aim of the solid-layer element is to simplify the mesh construction of the strengthened RC element being aware of two aspects: a) to prevent the inappropriate use of very small solid elements to simulate the coat; b) to improve the numerical estimation of the real bearing capacity of the strengthened element when the coat is attached or detached from the solid body.
Over-coating is one of the most popular engineering practices to strengthen Reinforced Concrete (RC) structures, due to the relative quickness and ease of construction. It consists of an external coat bonded to the outer surface of the structural RC element, either by the use of chemical adhesives, mechanical anchor bolts or simply mortar injection. In contrast to these constructive advantages, the numerical estimation of the bearing capacity of the strengthened reinforced concrete element is still complicated, not only for the complexity of modelling a flexible membrane or plate attached to a quasi-rigid solid, but also for the difficulties that raise of simulating any potential delamination between both materials. For these reasons, the standard engineering calculations used in the practice remain very approximated and clumsy. In this work, we propose the formulation of a new 2D solid-layer finite element capable to link a solid body with a flexible thin layer, as it were the "skin" of the body, allowing the potential delamination between both materials. In numerical terms, this "skin" element is intended to work as a transitional region between a solid body (modelled with a classical formulation of a standard quadrilateral four-nodes element) and a flexible coat layer (modelled with cubic beam element), dealing with the incompatibility of Degrees-OfFreedom between them (two DOF for the solid and three DOF for the beam). The aim of the solid-layer element is to simplify the mesh construction of the strengthened RC element being aware of two aspects: a) to prevent the inappropriate use of very small solid elements to simulate the coat; b) to improve the numerical estimation of the real bearing capacity of the strengthened element when the coat is attached or detached from the solid body.
A previously proposed finite element formulation method is refined and modified to generate a new type of elements. The method is based on selecting a set of general solution modes for element formulation. The constant strain modes and higher order modes are selected and the formulation method is designed to ensure that the element will pass the basic single element test, which in turn ensures the passage of the basic patch test. If the element is to pass the higher order patch test also, the element stiffness matrix is in general asymmetric. The element stiffness matrix depends only on a nodal displacement matrix and a nodal force matrix. A symmetric stiffness matrix can be obtained by either modifying the nodal displacement matrix or the nodal force matrix. It is shown that both modifications lead to the same new element, which is demonstrated through numerical examples to be more robust than an assumed stress hybrid element in plane stress application. The method of formulation can also be used to arrive at the conforming displacement and hybrid stress formulations. The convergence of the latter two is explained from the point of view of the proposed method.
In this paper, a theoretical formulation of a simplified wheel-set model for collision-induced derailments was evaluated by numerical simulations for the wheel-climb derailment and wheel-lift derailment types. The derailment types were classified into the wheel-climb derailment and the wheel-lift derailment according to the friction force direction of the wheel-flange. The wheel-climb derailment type was classified into Climb-up, Climb/Roll-over, and Roll-over-C, and wheel-lift derailment type was classified into Slip-up, Slip/Roll-over and Roll-over-L. To verify the theoretical equations derived for the wheel-climb derailment and the wheel-lift derailment, dynamic simulations using RecurDyn of Functionbay and Ls-Dyna of LSTC were performed and compared for some examples. The derailment predictions of the suggested theoretical formulation were in good agreement with those of the numerical simulations. The direction of the frictional force between the wheel-flange and the rail can be well predicted using the suggested derailment formulation at a initial derailment.
The current paper proposes a boundary element formulation, applicable to 2-D and 3-D elastostatics problems using a unified approach for transformations of the domain integrals into boundary integrals. The method is applicable to linear problems encompassing both finite and infinite multi-region domains allowing non-vanishing body forces. Numerical results agree quite well with the analytical solutions; while the present method offers easy formulation with less numerical efforts in comparison to FEM or some BEM which need interior points to treat arbitrary body forces. It is demonstrated that the method has the potential to have profound impact on engineering design, notably in dam-foundation interaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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