A numerical procedure for the geometrical and material nonlinear analysis of concrete beams prestressed with external tendons is described, where the effects of external prestressing are treated as the equivalent loads applied on the concrete beams. The geometrical nonlinearity is considered not only the eccentricity variations of external tendons (second-order effects) but also the large displacement effects of the structure. The numerical method can predict the nonlinear response of externally prestressed concrete beams throughout the entire loading history with considerable accuracy. An evaluation of second-order effects of externally prestressed concrete beams is carried out using the proposed analysis. The analysis shows that the second-order effects have significant influence on the response characteristics of externally prestressed concrete beams. They lead to inferior ultimate load and strength capacities and a lower ultimate stress increase in tendons. Based on the current analysis, it is recommended that, for simply-supported externally prestressed beams with straight horizontal tendons, one deviator at midspan instead of two deviators at one-third span be furnished to minimize these effects.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.4
no.1
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pp.20-32
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1992
A numerical solution for heat transfer in the flue tube of a pulse combustion water heater was presented. The $k-{\varepsilon}$ turbulent model was adopted to describe turbulent characteristics and radiative heat transfer was calculated by P-N approximation. Three pulsating conditions equivalent to existing experimental studies were used for analysis. Pulsating pressure was specified at the inlet and outlet of flue tube and numerical procedure using control volume method and pressure boundary condition was presented. It was found that the present mathematical model and numerical method could predict effectively the flow field and heat transfer for the flue tube in pulse combustor.
This paper introduces an improved numerical model which can consider the bond-slip effect in steel-concrete composite structures without taking double nodes to minimize the complexity in constructing a finite element model. On the basis of a linear partial interaction theory and the use of the bond link element, the slip behavior is defined and the equivalent modulus of elasticity and yield strength for steel is derived. A solution procedure to evaluate the slip behavior along the interface of the composite flexural members is also proposed. After constructing the transfer matrix relation at an element level, successive application of the constructed relation is conducted from the first element to the last element with the compatibility condition and equilibrium equations at each node. Finally, correlation studies between numerical results and experimental data are conducted with the objective of establishing the validity of the proposed numerical model.
In the present study, we aim to utilize the numerical solution frequency results of functionally graded beam under thermal and dynamic loadings to train and test an artificial neural network. In this regard, shear deformable functionally-graded beam structure is considered for obtaining the natural frequency in different conditions of boundary and material grading indices. In this regard, both analytical and numerical solutions based on Navier's approach and differential quadrature method are presented to obtain effects of different parameters on the natural frequency of the structure. Further, the numerical results are utilized to train an artificial neural network (ANN) using AdaGrad optimization algorithm. Finally, the results of the ANN and other solution procedure are presented and comprehensive parametric study is presented to observe effects of geometrical, material and boundary conditions of the free oscillation frequency of the functionally graded beam structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.495-508
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1994
A backcalculation procedure to determine the layer moduli of flexible pavement structure is developed using matrix solution technique. Forward calculation computer program adopted in this backcalculation procedure is SINELA which is one of layered elastic computer programs. Data base system is used as a tool for setting initial seed moduli and depth to virtual bedrock in backcalculation procedure. The validity and applicability of the proposed backcalculation procedure are verified through various numerical model tests. From the results of comparison analysis with FPEDD1, it is found that the proposed procedure gives more efficient and accurate results.
In this work, we present the theoretical formulation, operator split solution procedure and partitioned software development for the coupled thermomechanical systems. We consider the general case with nonlinear evolution for each sub-system (either mechanical or thermal) with dedicated time integration scheme for each sub-system. We provide the condition that guarantees the stability of such an operator split solution procedure for fully nonlinear evolution of coupled thermomechanical system. We show that the proposed solution procedure can accommodate different evolution time-scale for different sub-systems, and allow for different time steps for the corresponding integration scheme. We also show that such an approach is perfectly suitable for parallel computations. Several numerical simulations are presented in order to illustrate very satisfying performance of the proposed solution procedure and confirm the theoretical speed-up of parallel computations, which follow from the adequate choice of the time step for each sub-problem. This work confirms that one can make the most appropriate selection of the time step with respect to the characteristic time-scale, carry out the separate computations for each sub-system, and then enforce the coupling to preserve the stability of the operator split computations. The software development strategy of direct linking the (existing) codes for each sub-system via Component Template Library (CTL) is shown to be perfectly suitable for the proposed approach.
A simple prediction procedure was investigated for calculating the stresses and displacements of a circular opening. Unlike existed approaches, the proposed approach starts each step with a radius increment. The stress for each annulus could be obtained analytically, while strain increments for each step can be determinate numerically from the compatility equation by finite difference approximation, flow rule and Hooke's law. In the successive manner, the distributions of stresses and displacements could be found. It should be noted that the finial radial stress and displacement were equal to the internal supporting pressure and deformation at the tunnel wall, respectively. By assuming different plastic radii, GRC and the evolution curve of plastic radii and internal supporting pressures could be obtained conveniently. Then the real plastic radius can be calculated by using linear interpolation in the evolution curve. Some numerical and engineering examples were performed to demonstrate the accuracy and validity for the proposed procedure. The comparisons results show that the proposed procedure was faster than that in Lee and Pietrucszczak (2008). The influence of annulus number and dilation on the accuracy of solutions was also investigated. Results show that the larger the annulus number was, the more accurate the solutions were. Solutions in Park et al. (2008) were significantly influenced by dilation.
Five dam-break floodwave models are t재 field data sets. The models included FLDWAV, SMPDBK, HEC-1, Tr66, and HEC Dimensionless Graph. The field data sets documented the disasters at Teton dam, and Yeunchun dam. The FLDWAV results are uesd to test the sensitivity of the floodwave to variations in Manning's roughness coefficient, breach size, and bottom slope. The HEC-1 analysis includes testing the sensitivity of the results to model parameters. The TR66 model and FLDWAV, with channel routing by TR66 in both cases. SMPDBK and the Dimensionless Graph procedure are applied without particular difficulties being encountered in both real world cases. It is necessary to analyze numerical limit of existing numerical models and then to apply the relatively accurate numerical model in real basin. It is found that FLDWAV model is superior in numerical accuracy and stability to any other model. This study will contribute to improve defect of numerical models and develop more precise numerical model for a efficient and rapid dam breach flood disaster predict.
Tasiopoulou, Panagiota;Taiebat, Mahdi;Tafazzoli, Nima;Jeremic, Boris
Coupled systems mechanics
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v.4
no.1
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pp.67-98
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2015
Numerical prediction of dynamic behavior of fully coupled saturated porous media is of great importance in many engineering problems. Specifically, static and dynamic response of soils - porous media with pores filled with fluid, such as air, water, etc. - can only be modeled properly using fully coupled approaches. Modeling and simulation of static and dynamic behavior of soils require significant Verification and Validation (V&V) procedures in order to build credibility and increase confidence in numerical results. By definition, Verification is essentially a mathematics issue and it provides evidence that the model is solved correctly, while Validation, being a physics issue, provides evidence that the right model is solved. This paper focuses on Verification procedure for fully coupled modeling and simulation of porous media. Therefore, a complete Solution Verification suite has been developed consisting of analytical solutions for both static and dynamic problems of porous media, in time domain. Verification for fully coupled modeling and simulation of porous media has been performed through comparison of the numerical solutions with the analytical ones. Modeling and simulation is based on the so called, u-p-U formulation. Of particular interest are numerical dispersion effects which determine the level of numerical accuracy. These effects are investigated in detail, in an effort to suggest a compromise between numerical error and computational cost.
In this study, the accuracy and reliability of fully nonlinear method against equivalent linear method for dynamic analysis of soil-structure interaction is investigated comparing the predicted results of both numerical procedures with the results of experimental shaking table tests. An enhanced numerical soil-structure model has been developed which treats the behaviour of the soil and the structure with equal rigour. The soil-structural model comprises a 15 storey structural model resting on a soft soil inside a laminar soil container. The structural model was analysed under three different conditions: (i) fixed base model performing conventional time history dynamic analysis, (ii) flexible base model (considering full soil-structure interaction) conducting equivalent linear dynamic analysis, and (iii) flexible base model performing fully nonlinear dynamic analysis. The results of the above mentioned three cases in terms of lateral storey deflections and inter-storey drifts are determined and compared with the experimental results of shaking table tests. Comparing the experimental results with the numerical analysis predictions, it is noted that equivalent linear method of dynamic analysis underestimates the inelastic seismic response of mid-rise moment resisting building frames resting on soft soils in comparison to the fully nonlinear dynamic analysis method. Thus, inelastic design procedure, using equivalent linear method, cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise building frames resting on soft soils. However, results obtained from the fully nonlinear method of analysis fit the experimental results reasonably well. Therefore, this method is recommended to be used by practicing engineers.
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