A coupled three-dimensional pile group analysis method was developed by considering complex behavior of sub-structures (pile-soil-cap) which included soil nonlinearity and the behavior of super-structure (pier). As an intermediate analysis method between FBPier 3.0 and Group 0.0, it took advantages of each method. Among the components of a pile group, individual piles were modeled with stiffness matrices of pile heads and soils with nonlinear load-transfer curves (t-z, q-z and p-y curves). A pile cap was modeled with modified four-node flat shell elements and a pier with three-dimensional beam element, so that a unified analysis could be possible. A nonlinear analysis method was proposed in this study with a mixed incremental and iteration techniques. The proposed method for a pile group subjected to axial and lateral loads was compared with othe. analytical methods (i.e., Group 6.0 and FBPier 3.0). It was found that the proposed method could predict the complex behavior of a pile group well, even though piles were modelled simply in this study by using pile head stiffness matrices which were different from the method introduced in FBPier 3.0.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.861-872
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2006
The element free Galerkin method is extended by the local partition of unity method to model the cohesive cracks in two dimensional continuum. The shape function of a particle whose domain of influence is completely cut by a crack is enriched by the step enrichment function. If the domain of influence contains a crack tip inside, it is enriched by a branch enrichment function which does not have the LEFM stress singularity. The discrete equations are obtained directly from the standard Galerkin method since the enrichment is only for the displacement field, which satisfies the local partition of unity. Because only particles whose domains of influence are influenced by a crack are enriched, the system matrix is still sparse so that the increase of the computational cost is minimized. The condition for crack growth in dynamic problems is obtained from the material instability; when the acoustic tensor loses the positive definiteness, a cohesive crack is inserted to the point so as to change the continuum to a discontiuum. The crack speed is naturally obtained from the criterion. It is found that this method is more accurate and converges faster than the classical meshless methods which are based on the visibility concept. In this paper, several well-known static and dynamic problems were solved to verify the method.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.3
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pp.95-103
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2011
Among structural systems for complex-shaped tall buildings, diagrid system is widely used because of its structural efficiency and beauty of form. Recently, mega frame is favorably employed as a suitable structural system for skyscrapers because this structural system has sufficient stiffness against the lateral forces by combination of mega members which consist of many columns and girders. Diagrid mega frame system is expected to be promising structural system for future super tall buildings. However, it takes tremendous analysis times and engineer's efforts to predict the structural behavior of tall buildings applied with diagrid mega frame system because the diagrid mega frame structure has significant numbers of elements and nodes. Therefore, efficient analytical method for all buildings applied with diagrid mega frame system has been proposed in this study to reduce the efforts and time required for the analysis and design of diagrid mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of diagrid mega frame structures and an efficient analytical model using minimal DOFs by the matrix condensation method were proposed in this study. Based on the analysis of an example structure, the effectiveness and accuracy of the proposed method have been verified by the comparison between the results of the proposed method and the conventional method.
The behavior of horizontally curved I-girder bridges is complex because the flexural and torsional behavior of curved girders are coupled due to their initial curvature. Also, the behavior is affected by cross beams. To investigate the behavior of horizontally curved I-girder bridges, it is necessary to consider curved girders with cross beams. In order to perform free vibration analyses of horizontally curved I-girder bridges, a finite element formulation is presented here and a finite element analysis program is developed. The formulation that is presented here consists of curved and straight beam elements, including the warping degree of freedom. Based on the theory of thin-walled curved beams, the shape functions of the curved beam elements are derived from homogeneous solutions of the static equilibrium equations. Third-order hermits polynomials are used to form the shape functions of the straight beam elements. In the finite element analysis program, global stiffness and mass matrix are composed, based on the Cartesian coordinate system. The Gupta method is used to efficiently solve the eigenvalue problem. Comparing the results of several examples here with those of previous studies, the formulation presented is verified. The validity of the program developed is shown by comparing results with those analyzed by the shell element.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.12
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pp.2287-2297
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1992
The Formulation of a new Hermite straight beam element to eliminate the shear locking is presented. All the kinematic variables in Timoshenko beam are reinterpreted by the consideration of equilibrium equations together. It shows that when the modified transverse displacement field is used the Timoshenko beam looks apparently the same as the Euler beam. The element is formulated for the modified transverse displacement field to have the same interpolation scheme as that in the Hermite element. Transformation Matrix which relates a modified nodal vector with nonmodified one is also introduced to deal with general boundary conditions. Several examples are demonstrated and discussed for the purpose of verification of the concepts employed. The solutions obtained reveal that the element describes of the beam quite correctly, showing no locking and that it is also applicable to the analysis of both thin and thick beams.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.2
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pp.87-94
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2010
Form-Finding of tensegrity structures by eigenvalue problem is presented, In ardor to maintain the structures stable, "Form-Finding" should be performed. The types of analytical methods are known to solve this phenomenon: One is to use force density method, and the other is to apply so called, generalized inverse method. In this paper, new form finding methods are presented to obtain the self-equilibrium stress of the tensegrity structures. This method is based on the equilibrium equation of the all of the joint and the governing equation is formulated as eigonvalue problem. In order to verify this approach, numerical example(tensegrity structures) are compared with others calculated by previous methods. The solution by present method is shown identical results. Furthermore, the developed process to find the results is more efficient than previous approaches.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.90-100
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1993
A finite element formulation of vibration control of a laminated plate with piezoelectric sensor/ actuators is presented. Classical lamination theory with the induced strain actuation and Hamilton's principle are used to formulate the equations of motion of the system. The total charge developed on the sensor layer is calculated from the direct piezoelectric equation. The equations of motion and the total charge are discretized with 4 node, 12 degrees of freedom quadrilateral plate bending elements with one electrical degree of freedom. The mass and stiffness of the piezoelectric layer are introduced by treating them as another layer in laminated plate. Piezoelectric sensor/actuators are distributed, but discrete due to the geometry of electrodes. By defining an i.d. number of electrode for each element, modelling of electrodes with variable geometry can be achieved. The static response of a piezoelectric bimorph beam to electrical loading and sensor voltage to given displacement are calculated. For a laminated plate under the negative velocity feedback control, the direct time response by the Newmark-.betha. method and damped frequencies and modal damping ratios by modal state space analysis are derived.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.567-578
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2002
The main purpose of this study is to investigate the dynamic behaviour of containment building in nuclear power plant excited by aircraft impact loading using a lower order 8-node solid element. The yield and failure surfaces for concrete material model is formulated on the basis of Drucker-Prager yield criteria and are assumed to be varied by taking account of the visco-plastic energy dissipation. The standard 8-node solid element has prone to exhibit the element deficiencies and the so-called B bar method proposed by Hughes is therefore adopted in this study. The implicit Newmark method is adopted to ensure the numerical stability during the analysis. Finally, the effect of different levels of cracking strain and several types of aircraft loading are examined on the dynamic behaviour of containment building and the results are quantitatively summarized as a future benchmark.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.227-233
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1992
To study the large displacement and large rotation problems, geometrically nonlinear formulation of eccentric degenerated beam element has been developed, where the restrictions of infinitesimal rotation increments are removed and the incremental equations are derived using the Taylor series expansion of the displacement function at time t+dt. The geometrically nonlinear analyses are carried out for the cases of cantilever, square frame, shallow arch and 45-degree bend beam and all of them are compared with each of the other results published. The element developed in the present research can be efficiently utilized for analysis of the nonlinear behaviours of structures when displacements and rotations are large.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.95-109
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1993
In this study, the optimal configuration of arch structure has been tested by a decomposition technique. The object of this study is to provide the method of optimizing the shapes of both two hinged and fixed arches. The problem of optimal configuration of arch structures includes the interaction formulas, the working stress, and the buckling stress constraints on the assumption that arch ribs can be approximated by a finite number of straight members. On the first level, buckling loads are calculated from the relation of the stiffness matrix and the geometric stiffness matrix by using Rayleigh-Ritz method, and the number of the structural analyses can be decreased by approximating member forces through sensitivity analysis using the design space approach. The objective function is formulated as the total weight of the structures, and the constraints are derived by including the working stress, the buckling stress, and the side limit. On the second level, the nodal point coordinates of the arch structures are used as design variables and the objective function has been taken as the weight function. By treating the nodal point coordinates as design variable, the problem of optimization can be reduced to unconstrained optimal design problem which is easy to solve. Numerical comparisons with results which are obtained from numerical tests for several arch structures with various shapes and constraints show that convergence rate is very fast regardless of constraint types and configuration of arch structures. And the optimal configuration or the arch structures obtained in this study is almost the identical one from other results. The total weight could be decreased by 17.7%-91.7% when an optimal configuration is accomplished.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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