This study proposed a new and efficient 2D damage-plasticity model within the framework of Isogeometric analysis (IGA) for the geometrically nonlinear damage analysis of concrete. Since concrete exhibits complicated material properties, two internal variables are introduced to measure the hardening/softening behavior of concrete in tension and compression, and an implicit gradient-enhanced formulation is adopted to restore the well-posedness of the boundary value problem. The numerical results calculated by the model is compared with the experimental data of three benchmark problems of plain concrete (three-point and four-point bending single-notched beams and four-point bending double-notched beam) to illustrate the geometrical flexibility, accuracy, and robustness of the proposed approach. In addition, the influence of the characteristic length on the numerical results of each problem is investigated.
The capacity of pipelines to resist collapse under external pressure and bending moment is a major aspect of deepwater pipeline design. Existing design codes present interaction equations that quantify pipeline capacities under such loadings, although reasonably accurate, are based on empirical data fitting of the bending strain, and assumed simplistic interaction with external pressure collapse. The rational model for collapse of deepwater pipelines, which are relatively thick with a diameter-to-thickness ratio less than 40, provides a unique theoretical basis since it is derived from first principles such as force equilibrium and compatibility equations. This paper presents the rational model methodology and compares predicted results and recently published full scale experimental data on the subject. Predictive capabilities of the rational model are shown to be excellent. The methodology is extended for the problem of pipeline collapse under point load, longitudinal bending and external pressure. Due to its rational derivation and excellent prediction capabilities, it is recommended that design codes adopt the rational model methodology.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권2호
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pp.639-647
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2019
A realistic numerical simulation technology using a Lagrangian Fluid-Structure Interaction (FSI) model was combined with a fracture algorithm to predict the fluid-ice-structure interaction. The failure of ice was modeled as the tensile fracture of elastic material by applying a novel FSI model based on the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method. To verify the developed fracture algorithm, a series of numerical simulations for 3-point bending tests with an ice beam were performed and compared with the experiments carried out in an ice room. For application of the developed FSI model, a dropping water droplet hitting a cantilever ice beam was simulated with and without the fracture algorithm. The simulation showed that the effects of fracture which can occur in the process of a FSI simulation can be studied.
This study is concerned with criterion for membrane to shell conversion in two-dimensional elastic-plastic finite element analysis using membrane/shell mixed element. It is well known that in the sheet metal forming some parts of the sheet deform under almost pure stretching (membrane) conditions, whereas other parts in contact with sharp tooling surfaces can develop significant bending strains. The membrane analysis has a short computational time however, in the membrane analysis the bending effects can not be condidered at all. On the other hand, the shell analysis allows the consideration of bending effects, but involves too much computational time. So Onatel),2), Yang et al3),4) developed the membrane/shell mixed element. Onate introduced the energy ratio parameter and Yang et al introduced the ratio of thickness to radius of curvature as the criterion. In the present study we propose a new criterion by using the angle between both side elements in the nodal point.
Welding is a reliable process and is mainly adopted for fabricating heavy structures. Recently, transverse cracks in the weld metal is serious problem, and they affect cost, efficiency, safety and joint reliability for various welded structures. In this view of point, this study investigated the potential factors for weld metal transverse crack. The main results obtained are as follows; 1) The content of diffusible hydrogen in the commercial flux cored are welding wire was remarkable change by manufacturer. 2) The diffusible hydrogen content was thd main factor for weld metal transverse cracks. 3) Weld metal was immune to transverse cracking under the condition of low diffusible hydrogen content of high restraint condition. 4) The factors for weld metal transverse crack would be the content of diffusible hydrogen and restraint of weld joint.
In this study, static bending of an edge cracked cantilever nanobeam composed of functionally graded material (FGM) subjected to transversal point load at the free end of the beam is investigated based on modified couple stress theory. Material properties of the beam change in the height direction according to exponential distributions. The cracked nanobeam is modelled using a proper modification of the classical cracked-beam theory consisting of two sub-nanobeams connected through a massless elastic rotational spring. The inclusion of an additional material parameter enables the new beam model to capture the size effect. The new non-classical beam model reduces to the classical beam model when the length scale parameter is set to zero. The considered problem is investigated within the Euler-Bernoulli beam theory by using finite element method. In order to establish the accuracy of the present formulation and results, the deflections are obtained, and compared with the published results available in the literature. Good agreement is observed. In the numerical study, the static deflections of the edge cracked FGM nanobeams are calculated and discussed for different crack positions, different lengths of the beam, different length scale parameter, different crack depths, and different material distributions. Also, the difference between the classical beam theory and modified couple stress theory is investigated for static bending of edge cracked FGM nanobeams. It is believed that the tabulated results will be a reference with which other researchers can compare their results.
Dynamic behaviour of beam carrying masses has attracted attention of many researchers and engineers. Many studies on the analytical solution of beam with concentric tip mass have been published. However, there are limited works on vibration analysis of beam with an eccentric three dimensional object. In this case, bending and torsional deformations of beam are coupled due to the boundary conditions. Analytical solution of equations of motion of the system is complicated and lengthy. Therefore, in this study, Differential Transform Method (DTM) is applied to solve the relevant equations. First, the Timoshenko beam with 3D tip attachment whose centre of gravity is not coincident with beam end point is considered. The beam is assumed to undergo bending in two orthogonal planes and torsional deformation about beam axis. Using Hamilton's principle the equations of motion of the system along with the possible boundary conditions are derived. Later DTM is applied to obtain natural frequencies and mode shapes of the system. According to the relevant literature DTM has not been applied to such a system so far. Moreover, the problem is modelled by Ansys, the well-known finite element method, and impact test is applied to extract experimental modal data. Comparing DTM results with finite element and experimental results it is concluded that the proposed approach produces accurate results.
본 논문에서는 폴리머 기반의 유연 기판 위 적층 된 다양한 필름의 굽힘 탄성계수의 간접 측정법을 소개한다. 패키징 기판의 다양한 적층 재료들의 탄성계수는 기계적으로 신뢰성 있는 전자기기 개발에 결정적이지만, 기판과 매우 견고히 접합하고 있는 적층 필름을 온전히 떼어 내어 자유지지형(free-standing) 시편을 만들기 어렵기 때문에 그 측정이 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 필름-기판의 복합체 시편에 대한 3점 굽힘을 진행하였고 시편 단면에 면적 변환법(area transformation rule)을 적용한 응력 해석을 수행하였다. 탄성계수를 알고 있는 기판에 대하여, 굽힘 시험으로 얻은 다층 시편의 강성으로부터 필름과 기판의 탄성계수 비를 계산하였으며, 전기 도금 구리 시편을 이용하여 양면 적층, 단면 적층의 두 가지 해석 모델이 실험 평가되었다. 또한 주요 절연체 적층 재료인 prepreg (PPG)와 dry film solder resist (DF SR)의 굽힘 탄성계수가 양면 적층 시편 형태로 측정 되었다. 결과로써 구리 110.3 GPa, PPG 22.3 GPa, DF SR 5.0 GPa이 낮은 측정 편차로 측정 됨으로써 본 측정법의 정밀도와 범용성을 검증하였다.
Khavaji, A.;Ganji, D.D.;Roshan, N.;Moheimani, R.;Hatami, M.;Hasanpour, A.
Structural Engineering and Mechanics
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제44권3호
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pp.405-416
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2012
In this study the investigation of large deflections subject in compliant mechanisms is presented using homotopy perturbation method (HPM). The main purpose is to propose a convenient method of solution for the large deflection problem in compliant mechanisms in order to overcome the difficulty and complexity of conventional methods, as well as for the purpose of mathematical modeling and optimization. For simplicity, a cantilever beam of linear elastic material under horizontal, vertical and bending moment end point load is considered. The results show that the applied method is very accurate and capable for cantilever beams and can be used for a large category of practical problems for the aim of optimization. Also the consequence of effective parameters on the large deflection is analyzed and presented.
Our objective is to model static multi-cracking processes in concrete. The explicit dynamic relaxation (DR) method, which gives the solutions of non-linear static problems on the basis of the steady-state conditions of a critically damped explicit transient solution, is chosen to deal with the high geometric and material non-linearities stemming from such a complex fracture problem. One of the common difficulties of the DR method is its slow convergence rate when non-monotonic spectral response is involved. A modified concept that is distinct from the standard DR method is introduced to tackle this problem. The methodology is validated against the stable three point bending test on notched concrete beams of different sizes. The simulations accurately predict the experimental load-displacement curves. The size effect is caught naturally as a result of the calculation. Micro-cracking and non-uniform crack propagation across the fracture surface also come out directly from the 3D simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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