This paper analyses the response of rigid and semi-rigid steel-concrete composite joints under monotonic loading. The influence of some important parameters, such as the presence of column web stiffening and the mechanical properties of component materials, is investigated by using a three-dimensional finite element modelling based on the Abaqus code. Numerical and experimental responses of different types of composite joints are also compared with the analytical results obtained using the component approach proposed by Eurocode 4. The results obtained with this approach generally fit well with the numerical and experimental values in terms of strength. Conversely, some significant limits arise when evaluating initial stiffness and non-linear behaviour of the composite joint.
Vivar-Perez, Juan M.;Duczek, Sascha;Gabbert, Ulrich
Smart Structures and Systems
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v.13
no.4
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pp.587-614
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2014
In recent years the interest in online monitoring of lightweight structures with ultrasonic guided waves is steadily growing. Especially the aircraft industry is a driving force in the development of structural health monitoring (SHM) systems. In order to optimally design SHM systems powerful and efficient numerical simulation tools to predict the behaviour of ultrasonic elastic waves in thin-walled structures are required. It has been shown that in real industrial applications, such as airplane wings or fuselages, conventional linear and quadratic pure displacement finite elements commonly used to model ultrasonic elastic waves quickly reach their limits. The required mesh density, to obtain good quality solutions, results in enormous computational costs when solving the wave propagation problem in the time domain. To resolve this problem different possibilities are available. Analytical methods and higher order finite element method approaches (HO-FEM), like p-FEM, spectral elements, spectral analysis and isogeometric analysis, are among them. Although analytical approaches offer fast and accurate results, they are limited to rather simple geometries. On the other hand, the application of higher order finite element schemes is a computationally demanding task. The drawbacks of both methods can be circumvented if regions of complex geometry are modelled using a HO-FEM approach while the response of the remaining structure is computed utilizing an analytical approach. The objective of the paper is to present an efficient method to couple different HO-FEM schemes with an analytical description of an undisturbed region. Using this hybrid formulation the numerical effort can be drastically reduced. The functionality of the proposed scheme is demonstrated by studying the propagation of ultrasonic guided waves in plates, excited by a piezoelectric patch actuator. The actuator is modelled utilizing higher order coupled field finite elements, whereas the homogenous, isotropic plate is described analytically. The results of this "semi-analytical" approach highlight the opportunities to reduce the numerical effort if closed-form solutions are partially available.
In this paper a semi-analytical approach is proposed to study the lateral behavior of a piled footing under horizontal loading. As accurate computation of stresses is usually needed at the interface separating the footing (pile) and the soil, this important location should be appropriately modeled as zero-thickness joint element. The piled footing is embedded in elastic soil with either homogeneous modulus or modulus proportional to depth (Gibson's soil). As the pile is the principal element in the piled footing system, a limited parametric study is carried out in order to investigate the influence of footing dimensions and the interface conditions on the lateral behavior of the pile. Hence, the pile behavior is examined through its main governing parameters, namely, the lateral displacement profiles, the bending moments, the shear forces and the soil reactions. The numerical results are presented for Poisson's ratio of 0.2 to represent a large variety of sands and Poisson's ratio of 0.5 to represent undrained clays.
In this study, the authors present an analytical approach to find the axisymmetric buckling load of two joined isotropic conical shells under axial compression. The problem of two joined conical shells may be considered as the generalized form of joined cylindrical and conical shells with constant or stepped thicknesses. Thickness of each cone is constant; however it may be different from the thickness of the other cone. The boundary conditions are assumed to be simply supported with rigid rings. The governing equations for the conical shells are obtained and solved with an analytical approach. A simple closed-form expression is obtained for the buckling load of two joined truncated conical shells. Results are compared and validated with the numerical results of finite element method. The variation of buckling load with changes in the thickness and semi-vertex angles of the two cones is studied. Finally, application of the results in practical design and range of engineering validity are investigated.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.2
no.1
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pp.59-69
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2002
A semi-analytical model based on exact numerical analysis of the 2DEG channel in pseudo-morphic HEMT (PMHEMT) is presented. The exactness of the model stems from solving both Schrodinger's wave equation and Poisson's equation simultaneously and self-consistently. The analytical modeling of the device terminal characteristics in relation to the charge control model has allowed a best fit with the geometrical and structural parameters of the device. The numerically obtained data for the charge control of the channel are best fitted to analytical expressions which render the problem analytical. The obtained good agreement between experimental and modeled current/voltage characteristics and small signal parameters has confirmed the validity of the model over a wide range of biasing voltages. The model has been used to compare both the performance and characteristics of a PMHEMT with a competetive HEMT. The comparison between the two devices has been made in terms of 2DEG density, transfer characteristics, transconductance, gate capacitance and unity current gain cut-off frequency. The results show that PMHEMT outperforms the conventional HEMT in all considered parameters.
Bayat, Mahmoud;Bayat, Mahdi;Kia, Mehdi;Ahmadi, Hamid Reza;Pakar, Iman
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.4
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pp.355-361
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2018
In this paper, nonlinear vibration of Euler-Bernoulli beams resting on linear elastic foundation is studied. It has been tried to prepare a semi-analytical solution for whole domain of vibration. Only one iteration lead us to high accurate solution. The effects of linear elastic foundation on the response of the beam vibration are considered and studied. The effects of important parameters on the ratio of nonlinear to linear frequency of the system are studied. The results are compared with numerical solution using Runge-Kutta $4^{th}$ technique. It has been shown that the Max-Min approach can be easily extended in nonlinear partial differential equations.
Numerical solution to buckling analysis of beams and columns are obtained by the method of differential quadrature (DQ) and harmonic differential quadrature (HDQ) for various support conditions considering the variation of flexural rigidity. The solution technique is applied to find the buckling load of fully or partially embedded columns such as piles. A simple semi- inverse method of DQ or HDQ is proposed for determining the flexural rigidities at various sections of non-prismatic column ( pile) partially and fully embedded given the buckling load, buckled shape and sub-grade reaction of the soil. The obtained results are compared with the existing solutions available from other numerical methods and analytical results. In addition, this paper also uses a recently developed technique, known as the differential transformation (DT) to determine the critical buckling load of fully or partially supported heavy prismatic piles as well as fully supported non-prismatic piles. In solving the problem, governing differential equation is converted to algebraic equations using differential transformation methods (DT) which must be solved together with applied boundary conditions. The symbolic programming package, Mathematica is ideally suitable to solve such recursive equations by considering fairly large number of terms.
In this paper, the classical and non-classical boundary conditions effect on free vibration characteristics of functionally graded (FG) size-dependent nanobeams are investigated by presenting a semi analytical differential transform method (DTM) for the first time. Three kinds of mathematical models, namely; power law (P-FGM), sigmoid (S-FGM) and Mori-Tanaka (MT-FGM) distribution are considered to describe the material properties in the thickness direction. The nonlocal Eringen theory takes into account the effect of small size, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nanosensors and nanoactuators. Governing equations are derived through Hamilton's principle and they are solved applying semi analytical differential transform method. The good agreement between the results of this article and those available in literature validated the presented approach. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as small scale effects, spring constant factors, various material compositions and mode number on the normalized natural frequencies of the FG nanobeams in detail. It is explicitly shown that the vibration of FG nanobeams is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of FG nanobeams.
A semi analytical method is employed to analyze free vibration characteristics of uniform and stepped functionally graded circular cylindrical shells under complex boundary conditions. The analytical model is established based on multi-segment partitioning strategy and first-order shear deformation theory. The displacement functions are handled by unified Jacobi polynomials and Fourier series. In order to obtain continuous conditions and satisfy complex boundary conditions, the penalty method about spring technique is adopted. The solutions about free vibration behavior of functionally graded circular cylindrical shells were obtained by approach of Rayleigh-Ritz. To confirm the dependability and validity of present approach, numerical verifications and convergence studies are conducted on functionally graded cylindrical shells under various influencing factors such as boundaries, spring parameters et al. The present method apparently has rapid convergence ability and excellent stability, and the results of the paper are closely agreed with those obtained by FEM and published literatures.
Vibration control and health monitoring of building structures have been actively investigated in recent years but treated separately according to the primary objective pursued. This paper presents a general approach in the time domain for integrating vibration control and health monitoring of a building structure to accommodate various types of control devices and on-line damage detection. The concept of the time-domain approach for integrated vibration control and health monitoring is first introduced. A parameter identification scheme is then developed to identify structural stiffness parameters and update the structural analytical model. Based on the updated analytical model, vibration control of the building using semi-active friction dampers against earthquake excitation is carried out. By assuming that the building suffers certain damage after extreme event or long service and by using the previously identified original structural parameters, a damage detection scheme is finally proposed and used for damage detection. The feasibility of the proposed approach is demonstrated through detailed numerical examples and extensive parameter studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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