In this studys a numerical analysis on the defomation of foundation layer was carried out by indroducing joint element. The method using the joust element between adj assent different materials has been originally developed for rock behavior(Goodman, et al. 1968) . The application of this method to the interface between the footing and soil layer proved satisfactory(Ghaboussi p et at. 1973). Authors tried to obtain the deformation of rrcompound foundation layerg", which vertically or horizontally or both consists of the natural(or intact) soft clay layer and the layer improved artificially in order to get high stiff-fness with replacement or chemical treatment to reduce the excessively detrimental settlemellt or lateral displacement in case of banking or building the civil structure on the soft layer. The joint conditions were classified into three categories : contacts sliding and separation. By coupling "JOINT" as a subroutine into multi-purpose code for the finite element method of the foundatlion daveloped by authors on the assumption that shearing and normal displacement can not be coupledl which terms pinon-dilatant" and by selecting modified Cam-clay modeIP the deformation analysis was performmed. The results using joint element were compared with those secured without introduction of joint element Nain results analized are as follows : 1. For the prediction of settlement and lateral desplacement, the result due to joint element was evaluated larger, which was regarded safe. 2. For the determination of ultimate bearing capacetyi the value using joint element appeared smaller by 20%, which was also safe.
In analyzing the nano-scale phenomena or behaviors of nano devices or materials, it is often desirable to deal with more atoms than can be treated only with a full atomistic simulation. However, even now, it is advisable to apply the atomistic simulation to the narrow region where the deformation field changes rapidly but to apply the conventional continuum model to the region far from that region. This equivalent continuum model can be formulated by applying the Cauchy-Born rule to the exact atomistic potential as in the quasicontinuum method. To couple the atomistic model with the equivalent continuum model, continuum displacements are conformed to the molecular displacements at the discrete positions of the atoms within the bridging domain. To satisfy the coupling constraints, we apply the Lagrange multiplier method. The continuum model in the bridging model should be applied on the region where the deformation field changes gradually. Then we can make the nodal spacing in the continuum model be much larger than the atomic spacing. In the first step, we generate the atomic-resolution mesh with the nodal spacing equal to the atomic spacing, and then we eliminate the nodal degrees of freedom adaptively using the node deactivation techniques. We eliminate more DOFs as the regions are more far from the atomistic region. Computing time and computational resources can be greatly reduced by the present node deactivation technique in multi scale analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권4호
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pp.1024-1040
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2014
The theoretical background and a numerical solution procedure for a time domain hydroelastic code are presented in this paper. The code combines a VOF-based free surface flow solver with a flexible body motion solver where the body linear elastic deformation is described by a modal superposition of dry mode shapes expressed in a local floating frame of reference. These mode shapes can be obtained from any finite element code. The floating frame undergoes a pseudo rigid-body motion which allows for a large rigid body translation and rotation and fully preserves the coupling with the local structural deformation. The formulation relies on the ability of the flow solver to provide the total fluid action on the body including e.g. the viscous forces, hydrostatic and hydrodynamic forces, slamming forces and the fluid damping. A numerical simulation of a flexible barge is provided and compared to experiments to show that the VOF-based flow solver has this ability and the code has the potential to predict the global hydroelastic responses accurately.
It is necessary to analyze the exact contact position and contact stress of the wheel-rail in order to predict damage to the wheel and rail. This study presents a wheel-rail contact analysis model that considers the deformation of the axle. When a wheel-rail contact analysis is performed using a full three-dimensional model of the wheelset and rail, the analytical model becomes very inefficient due to the increase in analysis time and cost. Therefore, modeling the element-coupling model of the wheel and rail as a three-dimensional element and the axle as a one-dimensional element is proposed. The wheel-rail contact characteristics in the proposed analysis model for straight and curved lines were analyzed and compared with the conventional three-dimensional analysis model. Considering the accuracy of the analysis results and time, the result shows that the proposed analytical model has almost the same accuracy as a full three-dimensional model, but the computational effort is significantly reduced.
Based on the energy-variational principle, a coupling vibration analysis model of high-speed railway simply supported beam bridge-track structure system (HSRBTS) was established by considering the effect of shear deformation. The vibration differential equation and natural boundary conditions of HSRBTS were derived by considering the interlayer slip effect. Then, an analytic calculation method for the natural vibration frequency of this system was obtained. By taking two simply supported beam bridges of high-speed railway of 24 m and 32 m in span as examples, ANSYS and MIDAS finite-element numerical calculation methods were compared with the analytic method established in this paper. The calculation results show that two of them agree well with each other, validating the analytic method reported in this paper. The analytic method established in this study was used to evaluate the natural vibration characteristics of HSRBTS under different interlayer stiffness and length of rails at different subgrade sections. The results show that the vertical interlayer compressive stiffness had a great influence on the high-order natural vibration frequency of HSRBTS, and the effect of longitudinal interlayer slip stiffness on the natural vibration frequency of HSRBTS could be ignored. Under different vertical interlayer stiffness conditions, the subgrade section of HSRBTS has a critical rail length, and the critical length of rail at subgrade section decreases with the increase in vertical interlayer compressive stiffness.
The object of this study is to achieve a gteater understanding of meterial removal process and its mechanism. In this study, some applications of finite element techniques are applied to analyze the chip formation and cutting heat generation mechanism of metal cutting. To know the effect of cutting parameters, simulations employed some independent cutting variables change, such as constitutive deformation laws of workpiece and tool material, frictional coefficients and tool-chip contact interfaces, cutting speed, tool rake angles, depth of cut and this simulations also include large elastic-plastic defor- mation, adiabetic thermal analysis. Under a usual plane strain assumption, quasi-static, thermal-mechanical coupling analysis generate detailed informations about chip formation process and cutting heat generation mechanism Some cutting parameters are affected to cutting force, plastic deformation of chip, shear plane angle, chip thickness and tool-chip contact length and reaction force on tool, cutting temperature and thermal behavior. Several aspects of the metal cutting process predicted by the finite element analysis provide information about tool shape design and optimal cutting conditions.
Biao Kong;Sixiang Zhu;Wenrui Zhang;Xiaolei Sun;Wei Lu;Yankun Ma
Geomechanics and Engineering
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제32권2호
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pp.233-244
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2023
With the increasing amount of resources required by the society development, mining operations go deeper, which raises the requirements of studying the effects of temperature on the physical and mechanical properties of coal and adjacent rock. For now, these effects are yet to be fully revealed. In this paper, a mechanical-electromagnetic radiation (EMR) test system was established to understand the mechanical deterioration characteristics of coal by the effect of thermal treatment and its deformation and fracture characteristics under thermo-mechanical coupling conditions. The mechanical properties of high-temperature-treated coal were analyzed and recorded, based on which, reasons of coal mechanical deterioration as well as the damage parameters were obtained. Changes of the EMR time series under unconstrained conditions were further analyzed before characteristics of EMR signals under different damage conditions were obtained. The evolution process of thermal damage and deformation of coal was then analyzed through the frequency spectrum of EMR. In the end, based on the time-frequency variation characteristics of EMR, a method of determining combustion zones within the underground gasification area and combustion zones' stability level was proposed.
To calculate the vibrations of a tout cable subjected to axial support excitations, a nonlinear relationship of cable force and the support displacement under static situations are employed to depict the quasi-static vibration of the cable. The dynamic components of quasi-static vibration are inputted as "direct loads" to cause the parametric vibrations on the cable. Both the governing equations of motion and deformation compatibility for parametric vibrations are then derived, which indicates the high coupling of cable parametric force and deformation. Numerical solutions, based on the finite difference method, are put forward for the parametric vibrations, which is validated by the finite element method under periodic axial support excitations. For the quasi-static response, the shorter cables are more sensitive to support excitations than longer ones at small cable force. The quasi-static cable force makes the greatest contribution to the total cable force, but the parametric cable force is responsible for the occurrence of cable loosening at large excitation amplitudes. Moreover, this study also revealed that the traditional approach, assuming a linear relationship between quasi-static cable force and axial support displacement, would result in some great error of the cable parametric responses.
본 연구에서는 비선형 전단변형을 고려할 수 있는 Timoshenko보 이론을 정식화 하였다. 제안된 모델은 전단변형을 고려하므로서 짧은 기둥이나 전단 지배 기둥에서 일반적인 Bernoulli보 이론 보다 합리적인 결과를 보여준다. 단면은 층상화 모델을 이용하였으며, 층상화 단면 모델은 단면을 분활하여 소성화 진행과정을 관찰할 수 있으며 축력과 모멘트의 상호작용을 알 수 있다. 정식화한 요소는 일반적인 철근 콘크리트 부재의 해석을 위해 유한요소 프로그램에 적용하였다. 철근콘크리트 기둥의 해석을 실험결과와 비교하였고, 철근콘크리트 기둥에 대한 거동특성을 분석하였다.
An accurate and highly efficient inverse element labelled iPCB is developed based on the inverse finite element method (iFEM) for real-time shape estimation of plane-curved structures (such as arch bridges) utilizing onboard strain data. This inverse problem, named shape sensing, is vital for the design of smart structures and structural health monitoring (SHM) procedures. The iPCB formulation is defined based on a least-squares variational principle that employs curved Timoshenko beam theory as its baseline. The accurate strain-displacement relationship considering tension-bending coupling is used to establish theoretical and measured section strains. The displacement fields of the isoparametric element iPCB are interpolated utilizing nonuniform rational B-spline (NURBS) basis functions, enabling exact geometric modelling even with a very coarse mesh density. The present formulation is completely free from membrane and shear locking. Numerical validation examples for different curved structures subjected to different loading conditions have been performed and have demonstrated the excellent prediction capability of iPCBs. The present formulation has also been shown to be practical and robust since relatively accurate predictions can be obtained even omitting the shear deformation contributions and considering polluted strain measures. The current element offers a promising tool for real-time shape estimation of plane-curved structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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