In this study, a usefulness of the iterative solution procedures is reviewed for the elasto-plastic large deflection analysis of imperfect plates by finite element method. Three typical solution techniques such as simple incremental(SI) method, Newton-Raphson(NR) method and modified Newton-Raphson (mNR) method are compared. It is concluded that for thin plates which are given rise to the large deflection, iteration for the convergence of the unbalance force should be performed and in this case mNR method is more useful than NR method since the computing time of the former becomes to be a half of the latter, in which the accuracy of the result remains same. For thick plates or thin plates with large initial deflection, however, the use of SI method is quite better since the unbalance force may be negligible.
This paper focuses on large deflection static behavior of edge cracked simple supported beams subjected to a non-follower transversal point load at the midpoint of the beam by using the total Lagrangian Timoshenko beam element approximation. The cross section of the beam is circular. The cracked beam is modeled as an assembly of two sub-beams connected through a massless elastic rotational spring. It is known that large deflection problems are geometrically nonlinear problems. The considered highly nonlinear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. There is no restriction on the magnitudes of deflections and rotations in contradistinction to von-Karman strain displacement relations of the beam. The beams considered in numerical examples are made of Aluminum. In the study, the effects of the location of crack and the depth of the crack on the non-linear static response of the beam are investigated in detail. The relationships between deflections, end rotational angles, end constraint forces, deflection configuration, Cauchy stresses of the edge-cracked beams and load rising are illustrated in detail in nonlinear case. Also, the difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of edge-cracked beam is investigated in detail.
Monitoring systems currently applied to concrete bridges include strain gauges, inclinometers, accelerometers and displacement transducers. In general, vertical displacements are one of the parameters that more often need to be assessed because their information reflects the overall response of the bridge span. However, the implementation of systems to continuously and directly observe vertical displacements is known to be difficult. On the other hand, strain gauges and inclinometers are easier to install, but their measurements provide no more than indirect information regarding the bridge deflection. In this context, taking advantage of the information collected through strain gauges and inclinometers, and the processing capabilities of current computers, a procedure to evaluate bridge girder deflections based on polynomial functions is presented. The procedure has been implemented in an existing software system - MENSUSMONITOR -, improving the flexibility in the data handling and enabling faster data processing by means of real time visualization capabilities. Benefiting from these features, a comprehensive analysis aiming at assessing the suitability of polynomial functions as an approximate solution for deflection curves, is presented. The effect of boundary conditions and the influence of the order of the polynomial functions on the accuracy of results are discussed. Some recommendations for further instrumentation plans are provided based on the results of the present analysis. This work is supported throughout by monitoring data collected from a laboratory beam model and two full-scale bridges.
Abadi, M. Heydari Nosrat;Darvishi, H. Hassanpour;Nouri, A.R. Zamani
Computers and Concrete
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v.24
no.5
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pp.445-452
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2019
In this paper, dynamic stress, strain and deflection analysis of concrete pipes conveying nanoparticles-water under the seismic load are studied. The pipe is buried in the soil which is modeled by spring and damper elements. The Navier-Stokes equation is used for obtaining the force induced by the fluid and the mixture rule is utilized for considering the effect of nanoparticles. Based on refined two variables shear deformation theory of shells, the pipe is simulated and the equations of motion are derived based on energy method. The Galerkin and Newmark methods are utilized for calculating the dynamic stress, strain and deflection of the concrete pipe. The influences of internal fluid, nanoparticles volume percent, soil medium and damping of it as well as length to diameter ratio of the pipe are shown on the dynamic stress, strain and displacement of the pipe. The results show that with enhancing the nanoparticles volume percent, the dynamic stress, strain and deflection decrease.
In this paper, a Taguchi-based finite element method (FEM) has been proposed and implemented to assess optimal design parameters for minimum static deflection in laminated composite plate. An orthodox mathematical model (based on higher-order shear deformation plate theory and Green-Lagrange geometrical nonlinearity) has been used to compute the nonlinear central deflection values of laminated composite plates according to Taguchi design of experiment via a self-developed MATLAB computer code. The lay-up scheme, aspect ratio, thickness ratio and the support conditions of the laminated composite plate structure were designated as the governable design parameters. Analysis of variance (ANOVA) is used to investigate the effect of diverse control factors on the nonlinear static responses. Moreover, regression model is developed for predicting the desired responses. The ANOVA revealed that the lay-up scheme alongside the support condition plays vital role in minimizing the central deflection values of laminated composite plate under uniformly distributed load. The conformity test results of Taguchi analysis are also in good agreement with the numerical experimentation results.
Geometrically nonlinear axisymmetric bending analysis of shear deformable circular plates on a nonlinear three-parameter elastic foundation was made. Plates ranging from "thin" to "moderately thick" were investigated for three types of material: isotropic, transversely isotropic, and orthotropic. The differential equations were discretized by means of the finite difference method (FDM) and the differential quadrature method (DQM). The Newton-Raphson method was applied to find the solution. A parametric investigation using seven unknowns per node was presented. The novelty of the paper is that detailed numerical simulations were made to highlight the combined effects of the material properties and the boundary conditions on (i) the deflection, (ii) the stress resultants, and (iii) the external load. The formulation was verified through comparison studies. It was observed that the results are highly influenced from the boundary conditions, and from the material properties.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.18
no.3
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pp.294-299
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2009
Micro end-milling has been becoming an important machining process to manufacture a number of small products such as micro-devices, bio-chips, micro-patterns and so on. Many related researches have given grand effects to micro end-milling phenomenon, for example, micro end-milling mechanism, cutting force modeling and machinability. This paper strongly concerned actual problem, micro tool deflection, which causes excessive machining errors on the workpiece. Machining error were predicted and measured through a series of test micro cutting and analysis of their SEM images and FEM analysis. Experiments are carried out to validate the approaches.
Plates are most widely used in the hulls of floating concrete structures, bridge decks, walls of off-shore structures and liquid storage tanks. A method of analysis is presented for the determination of load-deflection response and ultimate strength of high-strength steel fiber reinforced concrete (HSSFRC) plates simply supported on all four edges and subjected to combined action of external compressive in-plane and transverse loads. The behavior of HSSFRC plate specimens subjected to combined uniaxial in-plane and transverse loads was investigated. The proposed analytical method is compared to the physical test results, and shows good agreement. To predict the constitutive behavior of HSSFRC in compression, a non-dimensional characteristic equation was proposed and found to give reasonable accuracy.
It has become apparent from the recent work by Choi et al. [3] on the nonlinear beam deflection problem, that analysis of the integral operator $\mathcal{K}$ arising from the beam deflection equation on linear elastic foundation is important. Motivated by this observation, we perform investigations on the eigenstructure of the linear integral operator $\mathcal{K}_l$ which is a restriction of $\mathcal{K}$ on the finite interval [$-l,l$]. We derive a linear fourth-order boundary value problem which is a necessary and sufficient condition for being an eigenfunction of $\mathcal{K}_l$. Using this equivalent condition, we show that all the nontrivial eigenvalues of $\mathcal{K}l$ are in the interval (0, 1/$k$), where $k$ is the spring constant of the given elastic foundation. This implies that, as a linear operator from $L^2[-l,l]$ to $L^2[-l,l]$, $\mathcal{K}_l$ is positive and contractive in dimension-free context.
A method of calculating the natural frequency corresponding to the first mode of vibration of beams and tower structures with irregular cross-sections and with arbitrary boundary conditions was developed and reported by D. H. Kim in 1974. In order to obtain the natural frequency by the presented method, the first step to take is to obtain the deflection influence surfaces. In design and analysis of any structure, the first step to be taken is to obtain this deflection influence surfaces. Any method can be used for this purpose. Then using this surfaces, deflections, slopes, moments, shears, and natural frequencies can be obtained by differentiating either the continuous function or discrete function defined at certain points. The merit of the presented method is that the natural frequency can be obtained by the deflection influence surfaces obtaining which is the first step in structural analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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