The optimization of the direct design system of semi-rigid steel frames using advanced analysis and genetic algorithm was presented. Advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. On the other hand, material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and parabolic function. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. The genetic algorithm was used as the optimization technique. The objective function was assumed as the weight of the steel frame, with the constraint functions accounting for load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts and ductility requirement. Member sizes determined by the proposed method were compared with those derived using the conventional method.
Park, Yi Seul;Yoo, Sang Ryang;Oh, Jeong Jae;Park, Jong Sup
한국방재학회:학술대회논문집
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2011.02a
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pp.155-155
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2011
일반적으로 I형 보에 횡하중이 작용하는 경우, 횡 변위와 함께 회전을 동반하는 횡-비틀림 좌굴(Lateral-Torsional Buckling)이 발생하게 된다. 이러한 I형 보의 탄성 및 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 대한 해석적 이론적 연구는 이미 많은 연구자들에 의해 수행되었다(Timoshenko 등, 1961; Galambos, 1963; Lindner, 1974; Trahair, 1993). I형 보의 비지지 길이 내 하중이 작용할 때 모멘트 구배계수(Cb)는 하중이 부재 단면에 작용하는 위치에 따라 달라지게 되는데 이를 하중고 효과(Load Height Effects)라고 한다. 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수 제안식은 Nethercot & Rockey(1971)에 의해 연구된 바 있다. 또한 Helwig 등(1997)은 Nethercot & Rockey(1971)의 제안식을 간략화 하여 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수식을 제안하였다. 그러나 현재까지 진행 된 하중고 효과에 대한 연구는 탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보에 대한 제안식이며 현재까지 비탄성 영역 내 비지지 길이를 갖는 I형 보의 하중고 효과에 대한 연구는 진행된 바 없다. 본 연구는 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 하중조건으로는 집중하중 과 등분포 하중을 적용시켰으며, 비선형 횡-비틀림 좌굴 해석을 위해 잔류응력 및 초기변형을 고려하였다. Pi와 Trahair(1995)이 고려한 단순직선분포를 잔류응력으로 가정하였으며, 국내 I형강 표준 치수 허용치(현대제철, 2006)에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기 최대 횡 변위로 적용하여 초기제작오차로 고려하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)와 Helwig 등(1997)의 연구내용을 바탕으로 범용구조해석 프로그램(ABAQUS, 2007)을 이용하여 비탄성 영역 내 존재하는 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 산정하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)및 Helwig 등(1997)의 모멘트구배계수 제안식과 비교 분석 하였고 회기분석프로그램 MINITAB(2006)을 이용하여 비탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형보의 하중고 효과를 고려한 모멘트구배계수식을 개발 제안하였다. 본 연구에서 개발된 제안식은 경제적이고 합리적인 휨부재 강도평가에 적극 활용될 수 있으며, 비탄성 영역내 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도 및 휨강도 연구에 널리 활용될 것이다.
A practical method of estimating inelastic deflection of reinforced concrete slab under service load is presented. Based on the elastic results of linear finite element analysis and area of reinforcement, inelastic deflection multiplier(.betha.) is evaluated and desired deflection as a measure of serviceability of the designed slab is obtained. Example for the corner supported slab shows that the results from the proposed method agree well with those from the experiment/and nonlinear finite element analysis. Application of the method to the design of irregular slab is also considered.
Park, Chul Soo;Hwang, Seon Keun;Choi, Chan Yong;Mok, Young Jin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2C
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pp.71-79
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2009
This study is to develope the resilient modulus prediction model, which is the function of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered granite soil, and crushed-rock soil mixture. The model consists of the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain, analogous to dynamic shear modulus. The maximum value is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea, was evaluated using a 3-D elastic multilayer computer program (GEOTRACK). The results were compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains at two locations, whose sub-ballasts were crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements of the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2661-2669
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2010
In this study, a finite element formulation based first-order shear deformation theory is developed for non-linear behaviors of laminated composite plates containing matrix cracking. The multi-directional stiffness degradation is developed for adopting the stiffness variation induced from matrix cracking, which is proposed by Duan and Yao. The matrix cracking can be expressed in terms of the variation of material properties, such as Young's modulus, shear modulus and Possion ratio of plates, and sequently it is possible to predict the variation of the local stiffness. Using the assumed natural strain method, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior. Numerical examples demonstrate that the present element behaves quite satisfactorily either for the linear or geometrical nonlinear analysis of laminated composite plates. The results of laminated composite plates with matrix cracking may be the benchmark test for the non-linear analysis of damaged laminated composite plates.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.6
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pp.651-659
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2011
With the increase in the thermal power output of recently developed nuclear power plants, the applied forces and moments are increased in some piping systems, so that the leak-before-break (LBB) application criteria would not be satisfied in those pipes. In this paper, we present a method for obtaining the additive LBB margin in the pipes by considering the nonlinearity of the crack and material properties. Finite element analysis and the moment-rotation equation of beam theory were used to calculate the nonlinearity of the crack and material properties. Moreover crack stability analysis was performed using the method proposed in this study. The LBB margin was increased effectively through consideration of the nonlinearity of the crack and material properties in the pipe.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.92-102
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2022
Various numerical analysis models can be used to evaluate the behavior characteristics of tunnel facilities which are representative underground structures. In general, the Mohr-Coulomb model, which is most often used for numerical analysis, is an elastic-perfect plastic behavior model. And the deformation characteristics are the same during the load increase-load reduction phase. So there is a problem that the displacement may appear different from the field situation in the case of excavation analysis. In contrast, the HS-small strain stability model has a wide range of applications for each ground. And it is known that soil deformation characteristics can be analyzed according to field conditions by enabling input of initial elastic modulus and nonlinear curve parameter and so on. However, civil engineers are having difficulty using nonlinear models that can apply material nonlinear properties due to difficulties in estimating ground property coefficients. In this study, the necessity of rational model selection was reviewed by comparing the results of seismic performance evaluation using the Mohr-Coulomb model, which civil engineers generally apply for numerical analysis of tunnels, and the HS Small strain Stiffness model, which can consider ground nonlinearity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.469-476
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2023
Soil plasticity models for cyclic and dynamic loads are essential in non-linear numerical analysis of geotechnical structures. While a single yield surface model shows a linear behavior for cyclic loads, J2-bounding surface plasticity model with zero elastic region can effectively simulate a nonlinearity of the ground response with the same material properties. The radius of the yield surface inside the boundary surface converged to 0 to make the elastic region disappear, and plastic hardening modulus and dilatancy define plastic strain increment. This paper presents the stress-strain incremental equation of the developed model, and derives plastic hardening modulus for the hyperbolic model. The comparative analyses of the triaxial compression test and the shallow foundation under the cyclic load can show stable numerical convergence, consistency with the theoretical solution, and hysteresis behavior. In addition, plastic hardening modulus for the modified hyperbolic function is presented, and a methodology to estimate model variables conforming 1D equivalent linear model is proposed for numerical modeling of the multi-dimensional behavior of the ground.
Nonlinearity and anisotropy of soil should be considered for the exact prediction of deformation before the failure state. In this study, a new constitutive model is developed in which the nonlinearity of soil is formulated by Ramberg-Osgood equation and the soil anisotropy is implemented by the cross-anisotropic elasticity. Nonlinear anisotropic model and other models for comparison are used to analyze the simple boundary value problems and the circular footing problem. In the results, the anisotropic ratio of elastic modulus is a key value for the bulk modulus of soil, the coeffcient of earth pressure at rest, and the slope of effective stress paths. Furthermore, it is found that the nonlinearity of soil considering the in-situ stresses has the great influence on the magnitude of settlements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.583-588
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2010
The nonlinearity and high deformability of rubber make accurate analysis of the behavior of cord-rubber composites a challenging task. Some researchers have adopted the third phase between cord and rubber and have carried out three-phase modeling. However, it is difficult to determine the thickness and properties of the interface in cord-rubber composites. In this study, a two-dimensional finite-element method (2D FEM) is used to investigate the effective and normalized moduli of cord-rubber composites having interfaces of various thicknesses; this model takes into account the 2D generalized plane strain and a plane strain element. The neo-Hookean model is used for the properties of rubber, several interface properties are assumed and three loading directions are selected. It is found that the properties and thickness of the interface can affect the nonlinearity and the effective modulus of cord-rubber composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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