Oscar H. Moreno-Torres;Cristhian Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya
Geomechanics and Engineering
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제35권4호
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pp.449-464
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2023
Advanced nonlinear effective stress constitutive models are started to be frequently used in one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) site response analysis for assessment of porewater generation and liquefaction potential in soft soil deposits. The emphasis of this research is on the assessment of the implementation of this category of models at the element stage. Initially, the performance of a coupled porewater pressure (PWP) and constitutive models were evaluated employing a catalogue of 40 unidirectional cyclic simple shear tests with a variety of relative densities between 35% and 80% and effective vertical stresses between 40 and 80 kPa. The authors evaluated three coupled constitutive models (PDMY02, PM4SAND and PDMY03) using cyclic direct simple shear tests and for decide input parameters used in the model, procedures are recommended. The ability of the coupled model to capture dilation as strength is valuable because the studied models reasonably capture the cyclic performance noted in the experiments and should be utilized to conduct effective stress-based 1D and 2D site response analysis. Sandy soils may become softer and liquefy during earthquakes as a result of pore-water pressure (PWP) development, which may have an impact on seismic design and site response. The tested constitutive models are mathematically coupled with a cyclic strain-based PWP generation model and can capture small-strain stiffness and large-strain shear strength. Results show that there are minor discrepancies between measured and computed excess PWP ratios, indicating that the tested constitutive models provide reasonable estimations of PWP increase during cyclic shear (ru) and the banana shape is reproduced in a proper way indicating that dilation and shear- strain behavior is well captured by the models.
미소변형에서 대변형에 이르는 전체 변형도 영역의 구성모델을 ABAQUS 코드에 구현하였다. 구성모델은 비등방경화규칙에 근거한 전응력 개념의 탄소성 모델이다. 사용된 정식화 및 알고리즘은 (1) Jaumann 응력속도를 이용한 대변형도 조건 정식화 (2) 내재적 인 응력적분 (3) 일관된 접선계수를 포함하고 있다. 이를 통하여 비등방경화 구성관계를 적용한 대변형 해석을 정확하고 효율적으로 수행할 수 있는 토대를 구축하였다. 동반논문(전병곤 등, 2002)에서는 예제해석을 통하여 새로운 구성모델과 ABAQUS 코드를 이용한 대변형 해석결과를 기술하였다.
Shang, Shen;Yun, Gun Jin;Kunchum, Shilpa;Carletta, Joan
Structural Engineering and Mechanics
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제45권4호
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pp.471-494
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2013
In this paper, identification of isotropic and orthotropic linear elastic material constitutive parameters has been demonstrated by a FEA-free energy-based inverse analysis method. An important feature of the proposed method is that it requires no finite element (FE) simulation of the tested material. Full-field displacements calculated using digital image correlation (DIC) are used to compute DIC stress fields enforcing the equilibrium condition and DIC strain fields using interpolation functions. Boundary tractions and displacements are implicitly recast into an objective function that measures the energy residual of external work and internal elastic strain energy. The energy conservation principle states that the residual should be zero, and so minimizing this objective function inversely identifies the constitutive parameters. Synthetic data from simulated testing of isotropic materials and orthotropic composite materials under 2D plane stress conditions are used for verification of the proposed method. When identifying the constitutive parameters, it is beneficial to apply loadings in multiple directions, and in ways that create non-uniform stress distributions. The sensitivity of the parameter identification method to noise in both the measured full-field DIC displacements and loadings has been investigated.
Up to now, a number of models have been proposed and discussed to describe a wide range of inelastic behaviors of materials. The fetal problem of using such models is however the existence of model errors, and the problem remains inevitably as far as a material model is written explicitly. In this paper, the authors define the implicit constitutive model and propose an implicit viscoplastic constitutive model using neural networks. In their modeling, inelastic material behaviors are generalized in a state space representation and the state space form is constructed by a neural network using input output data sets. A technique to extract the input-output data from experimental data is also described. The proposed model was first generated from pseudo-experimental data created by one of the widely used constitutive models and was found to replace the model well. Then, having been tested with the actual experimental data, the proposed model resulted in a negligible amount of model errors indicating its superiority to all the existing explicit models in accuracy.
The bonding interface of the concrete slab track and cement-asphalt mortar layer plays an important role in transferring load and restraining the track slab's deformation for slab track structures without concrete bollards in high-speed railway. However, the interfacial bond-slip behavior is seldom considered in the structural analysis; no credible constitutive model has been presented until now. Elaborating the field tests of concrete to cement-asphalt mortar interface subjected to longitudinal and transverse shear loads, this paper revealed its bond capacity and failure characteristics. Interfacial fractures all happen on the contact surface of the concrete track slab and mortar-layer in the experiments. Aiming at this failure mechanism, an interfacial mechanical model that employed the bilinear local bond-slip law was established. Then, the interfacial shear stresses of different loading stages and the load-displacement response were derived. By ensuring that the theoretical load-displacement curve is consistent with the experiment result, an interfacial bond-slip constitutive model including its the corresponding parameters was proposed in this paper. Additionally, a finite element model was used to validate this constitutive model further. The constitutive model presented in this paper can be used to describe the real interfacial bonding effect of slab track structures with similar materials under shear loads.
A comparative study was performed on strain-compensated Arrhenius-type constitutive models established with two regression methods: polynomial regression and regression Kriging. For measurements at high temperatures, experimental data of 70Cr3Mo steel were adopted from previous research. An Arrhenius-type constitutive model necessitates strain compensation for material constants to account for strain effect. To associate the material constants with strain, we first evaluated them at a set of discrete strains, then capitalized on surrogate modeling to represent the material constants as a function of strain. As a result, disparate flow stress models were formed via the two different regression methods. The constructed constitutive models were examined systematically against measured flow stresses by validation methods. The predicted material constants were found to be quite accurate compared to the actual material constants. However, notable mismatches between measured and predicted flow stresses were revealed by the proposed validation techniques, which carry out validation with not the entire, but a single tensile test case.
The inelastic behavior of a reinforced concrete columns is influenced by a number of factors : 1) level of axial load, 2) tie spacing, 3) volumetric ratio of lateral steel, 4) concrete strength, 5) distribution of longitudinal steel, 6) strength of lateral steel, 7) cover thickness, 8) configuration of lateral steel, 9) strain gradient, 10) strain rate, 11) the effectively confined concrete core area, and 12) amount of longitudinal steel. A new constitutive model of a confined concrete is suggested in order to investigate the nonlinear behavior of the reinforced concrete columns under concentric loading. The developed constitutive model for the confined concrete takes into account the effects of effectively confined area as well as the horizontal and longitudinal distributions of the confining pressures. None of the existing models incorporated these two main effects at the same time. A total of different six constitutive models for the behavior of the confined concrete under concentric compression were compared with the sixty-one test results reported by different researchers. The superiority of the developed model in its accuracy is demonstrated by evaluating the error function, which compares the weighted averages for the sum of squared relative differences in peak compressive strength and corresponding strain, stress at strain equal to 0.015, and total area under stress-strain curve up to strain equal to 0.015.
The mechanical properties of the most widely used cryogenic materials, i.e. austenitic stainless steel (ASS), aluminum alloy and invar steel, strongly depend on temperatures and strain rates. These phenomena show very complicated non-linear behaviors and cannot be expressed by general constitutive equation. In this study, an unified constitutive equation was proposed to represent the effect of temperature and strain rate on the materials. The proposed constitutive equation has been based on Tomita/Iwamoto and Bodner/Partom model for the expression of 2nd hardening due to martensite phase transformation of ASS. To simulate ductile fracture, modified Bodner/Chan damage model was additionally applied to the model and the model validity was verified by comparison of experimental and simulation results.
In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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