KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.1
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pp.65-73
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1987
An efficient plate bending finite element has been developed using higher-order inplane displacement profiles of the plate. The 6-noded, 21-d.o.f. triangular element including shear deformation effect has been derived from the plate-like continuum by the Galerkin's weighted residual method. Square plate examples were tested with selected element meshes and several aspect ratios for their static behavior under uniformly distributed load. The result of the example tests indicated consistently good performance of the present higher-order plate bending element in comparison with the thin and thick plate solution and other existing finite element solutions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.257-266
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1999
This paper presents a method of seismic analysis for a cylindrical liquid storage structure on/in horizontally layered half.space considering the effects of the interior fluid and exterior soil medium in the frequency domain. To capture the essence of fluid-structure-soil interaction effects effectively, a mixed finite element with two-field (u, p) approximation is employed to model the compressive inviscid fluid, while the structure and soil medium are presented by the 3-D axisymmetric finite elements and dynamic infinite elements. The present FE-based method can be applied to the system with complex geometry of fluid region as well as with inhomogeneous near-field soil medium, since it can directly model both the fluid and the soil. For the purpose of verification, dominant peak frequencies in transfer functions for horizontal motions of cylindrical fluid storage tanks with rigid massless foundation on a homogeneous viscoelastic half.space are compared with those by two different added mass approaches for the fluid motion. The comparison indicates that the Present FE-based methodology gives accurate solution for the fluid-structure-soil interaction problem. Finally, as a demonstration of versatility of the present study, a seismic analysis for a real-scale LNG storage tank embedded in layered half.space is carried out, and its member forces along the height of the structure are compared with those by an added mass approach developed by the present writers.
Flexible pavement responses to vehicular loading, such as critical stresses and strains, in each pavement layer, could be predicted by the multilayered elastic analysis. However, multilayered elastic theory suffers from major drawbacks including spatial dimension of a numerical model, material properties considered in the analysis, boundary conditions, and ill-presentation of tire-pavement contact shape and stresses. To overcome these shortcomings, three-dimensional finite element (3D FE) models are developed and numerical analyses are conducted to calculate pavement responses to moving load in this study. This paper introduces a methodology for an effective 3D FE to simulate flexible pavement structure. It also discusses the mesh development and boundary condition analysis. Sensitivity analyses of flexible pavement response to loading are conducted. The infinite boundary conditions and time-dependent history of calculated pavement responses are considered in the analysis. This study found that the outcome of 3D FE implicit dynamic analysis of flexible pavement that utilizes appropriate boundary conditions, continuous moving load, viscoelastic hot-mix asphalt model is comparable to field measurements.
This paper shows a new magnetic field analysis of an interior permanent magnet (IPM) machines with an axial overhang structure wherein the rotor axial length exceeds that of the stator. The rotor overhang used to increase torque density of the radial flux machine is difficult to analyze because of extra consideration of axial direction, and thus it is general for machine designer to take 3-D finite element analysis (FEA) capable of considering both radial and axial complicated geometry in the machine. However, it requires too much computing time for preliminary design especially for optimization process. Therefore, in this paper a 2-D analytic method using a lumped magnetic circuit model (LMCM) is proposed to overcome the problem. For the analysis of overhang effect, the magnetic circuit is separated and solved from overhang and non-overhang regions respectively. For the validation of proposed concept, 3-D finite element analysis (FEA) is performed. From the analysis results, it is shown that our new proposed method presents good performance in terms of calculating electromotive force (EMF) and torque within a short time. Therefore, the proposed model can be useful in design of IPM with an overhang structure.
PURPOSES : This paper presents a finite element model to accurately represent the soil-post interaction of single guardrail posts in sloping ground. In this study, the maximum lateral resistance of a guardrail post has been investigated under static and dynamic loadings, with respect given to several parameters including post shape, embedment depth, ground inclination, and embedment location of the steel post. METHODS : Because current analytical methods applied to horizontal ground, including Winkler's elastic spring model and the p-y curve method, cannot be directly applied to sloping ground, it is necessary to seek an alternative 3-D finite element model. For this purpose, a 3D FHWA soil model for road-base soils, as constructed using LS-DYNA, has been adopted to estimate the dynamic behavior of single guardrail posts using the pendulum drop test. RESULTS : For a laterally loaded guardrail post near slopes under static and dynamic loadings, the maximum lateral resistance of a guardrail post has been found to be reduced by approximately 12% and 13% relative to the static analysis and pendulum testing, respectively, due to the effects of ground inclination. CONCLUSIONS : It is expected that the proposed soil material model can be applied to guardrail systems installed near slopes.
Anil, Ozgur;Akbas, S. Oguzhan;Babagiray, Salih;Gel, A. Cem;Durucan, Cengizhan
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.2
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pp.223-238
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2017
In this study, bearing capacities and settlement profiles of six irregularly shaped footings located on sand have been experimentally and analytically investigated under the effect of axial loading. The main variable considered in the study was the geometry of the footings. The axial loads were applied from the center of gravities of the test specimens. Consequently, the effect of footing shape on the variation of the bearing capacities and settlement profiles have been investigated in this paper. The three dimensional finite element analyses of the test specimens were conducted using the PLAXIS 3D software. The finite element model results are in acceptable agreement with the results obtained using experimental investigation. In addition, the usability of the finite element technique by design engineers to determine the bearing capacities and settlement profiles of irregularly shaped footings was investigated. From the results of the study, it was observed that the geometric properties of the footings significantly influenced the variation of the bearing capacities and settlement profiles.
The floor response spectrum (FRS) is used to evaluate the seismic demand of equipment installed in nuclear power plants. In the conventional design practice of NPP structure, the FRS is simplified using the lumped-mass stick model (LMSM), assuming the floor slab as a rigid diaphragm. In the present study, to study the variation of seismic response in a floor, the FRSs at different locations were generated by 3-D finite element model, and the response was compared to that of the rigid diaphragm model. The result showed that the FRS significantly varied due to the large opening in a floor, which was not captured by the rigid diaphragm model. Based on the result, seismic fragility analysis was performed for the anchorage of a heat exchanger, to investigate the effect of location-dependent FRS disparity on the high confidence low probability of failure (HCLPF).
Purpose: Numerical and experimental study was performed to evaluate the effect of peening temperature on the residual compressive stress distribution and magnitude of residual compressive stress at the material surface. Methods: A compressive air-propelled warm peening equipment was designed and manufactured for warm peening test. Results: 3D dynamic finite element (FE) model of the warm peening test was proposed and validity of the proposed FE model was verified by comparing the predicted residual stresses with the measured residual stresses in the open literature. Maximum warm peening temperature and a proper peening time were investigated with the proposed FE model. Conclusion: Compressive residual stress increased remarkably with peening temperature increased. But, peening temperature is greater than $350^{\circ}C$, the effect of peening temperature disappeared. Therefore, maximum peening temperature possibly applicable for warm peening industry might be $350^{\circ}C$ and peening time is 45s.
The objective of this paper is to investigate the confinement coefficient of concrete-filled square stainless steel tubular (CFSSST) stub columns under axial loading. A fine finite 3D solid element model was established, which utilized a constitutive model of stainless steel considering the strain-hardening characteristics and a triaxial plastic-damage constitutive model of concrete with features of the parameter certainty under axial compression. The finite element analysis results revealed that the increased ultimate bearing capacity of CFSSST stub columns compared with their carbon steel counterparts was mainly due to that the composite action of CFSSST stub columns is stronger than that of carbon steel counterparts. A further parametric study was carried out based on the verified model, and it was found that the stress contribution of the stainless steel tube is higher than the carbon steel tube. The stress nephogram was simplified reasonably in accordance with the limit state of core concrete and a theoretical formula was proposed to estimate the ultimate bearing capacity of square CFSSST stub columns using superposition method. The predicted results showed satisfactory agreement with both the experimental and FE results. Finally, the comparisons of the experimental and predicted results using the proposed formula and the existing codes were illustrated.
Yazdanian, M.;Elhaminia, P.;Zolghadri, M.R.;Fardmanesh, M.
Journal of Magnetics
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v.18
no.3
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pp.260-267
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2013
In this paper a general 2-D model of a large air-gap synchronous machine either with non-magnetic or magnetic core rotor is investigated and electrical characteristics of the machine are analytically calculated. Considering the general model, analytical equations for magnetic field density in different regions of the large air-gap machine are calculated. In addition, self and mutual inductances in the proposed model of the machine have been developed, which are the most important parameters in the electromagnetic design and transient analysis of synchronous machines. Finite element simulation has also been performed to verify the obtained results from the equations. Analytical results show good agreement with FEM results.
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