In the finite element analysis of reinforced concrete structures, discrete representation of the steel reinforcing bars is considered advantageous over smeared representation because of the more realistic modelling of their bond-slip behaviour. However, there is up to now limited research on how to simulate the dowel action of discrete reinforcing bars, which is an important component of shear transfer in cracked concrete structures. Herein, a numerical model for the dowel action of discrete reinforcing bars is developed. It features derivation of the dowel stiffness based on the beam-on-elastic-foundation theory and direct assemblage of the dowel stiffness matrix into the stiffness matrices of adjoining concrete elements. The dowel action model is incorporated in a nonlinear finite element program based on secant stiffness formulation and application to deep beams tested by others demonstrates that the incorporation of dowel action can improve the accuracy of the finite element analysis.
The progressive failure following strain localization in concrete can be analyzed effectively using finite element modeling of fracture process zone of concrete with a finite element embedded discontinuity. In this study, a finite element with embedded discontinuous line is utilized for the analysis of progressive failure in concrete. The finite element with embedded discontinuity is a kind of discrete crack element, but the difficulties in discrete crack approach such as remeshing or adding new nodes along with crack growth can be avoided. Using a discontinuous shape function for this element, the displacement discontinuity is embedded within an element and its constitutive equation is modeled from the modeling of fracture process zone. The element stiffness matrix is derived and its dual mapping technique for numerical integration is employed. Then, a finite element analysis program with employed algorithms is developed and failure analysis results using developed finite element program are verified through the comparison with experimental data and other analysis results.
The present paper presents multiscale modelling via coupling of the discrete and finite element methods. Theoretical formulation of the discrete element method using spherical or cylindrical particles has been briefly reviewed. Basic equations of the finite element method using the explicit time integration have been given. The micr-macro transition for the discrete element method has been discussed. Theoretical formulations for macroscopic stress and strain tensors have been given. Determination of macroscopic constitutive properties using dimensionless micro-macro relationships has been proposed. The formulation of the multiscale DEM/FEM model employing the DEM and FEM in different subdomains of the same body has been presented. The coupling allows the use of partially overlapping DEM and FEM subdomains. The overlap zone in the two coupling algorithms is introduced in order to provide a smooth transition from one discretization method to the other. Coupling between the DEM and FEM subdomains is provided by additional kinematic constraints imposed by means of either the Lagrange multipliers or penalty function method. The coupled DEM/FEM formulation has been implemented in the authors' own numerical program. Good performance of the numerical algorithms has been demonstrated in a number of examples.
A curved beam is one of the basic and important structural elements in structural design. In this paper, the authors formulated the computational algorithm for analyzing the free vibration of curved beams using the finite element-transfer stiffness coefficient method. The concept of the finite element-transfer stiffness coefficient method is the combination of the modeling technique of the finite element method and the transfer technique of the transfer stiffness coefficient method. And, we confirm the effectiveness the finite element-transfer stiffness coefficient method from the free vibration analysis of two numerical models which are a semicircle beam and a quarter circle beam.
By applying the Landau-type transformation, we transform a Stefan problem with nonlinear free boundary condition into a system consisting of a parabolic equation and the ordinary differential equations. Fully discrete finite element method is developed to approximate the solution of a system of a parabolic equation and the ordinary differential equations. We derive optimal orders of convergence of fully discrete approximations in $L_2,\;H^1$ and $H^2$ normed spaces.
Powder compaction is a continually and rapidly evolving technology where it is a highly developed method of manufacturing reliable components. To understand existing mechanisms for compaction, parameter investigation is required. Experimental investigations on powder compaction process, followed by numerical modeling of compaction are presented in this paper. The experimental work explores compression characteristics of soft and hard ductile powder materials. In order to account for deformation, fracture and movement of the particles, a discrete-finite element analysis model is defined to reflect the experimental data and to enable investigations on mechanisms present at the particle level. Effects of important simulation factors and process parameters, such as particle count, time step, particle discretization, and particle size on the powder compaction procedure have been explored.
In this paper, a method of finite element analysis is presented for efficient calculation of vibration characteristics of not only simply interconnected structure with cyclic symmetry but also multiply interconnected structure with cyclic symmetry by using discrete Fourier trandform by means of a computer with small memory in a short time. Simply interconnected structure means it is composed of substructures which are adjacent themselves in circumferential direction. First, a mathematical model of multiply interconnected structure with cyclic symmetry is defined. The multiply interconnected structure is partitioned into substructures with the same goemetric configuration and constraint eqauations to be satisfied on connecting boundaries are defined. Nodal displacements and forces are transformed into complex forms through discrete Fourier transform and then finite element analysis is performed for just only a representative substructure. In free vibration analysis, natural frequencies of a whole structure can be obtained through a series of calculation for a substructure along the number of nodal diameter. And in forced vibration analysis, forced response of whole structure can be achieved by using inverse discrete Fourier transform of results which come from analysis for a substructure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.450-455
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1998
In this paper, finite element with embedded discontinuous line is introduced in order to avoid the difficulties of adding new nodal points along with crack growth in discrete crack model. With the discontinuous element using discontinuous shape function, stiffness matrix of finite element is derived and dual mapping technique for numerical integration is employed. Using the finite element program made with employed algorithms, algorithm is verified and fracture analysis of simple concrete beam is performed.
Gyeong-Gyu Kim;Chan-Hwi Shin;Gyeong-Jo Min;Daisuke Fukuda;Kyong-Pil Jang;Tae-Hyeob Song;Sang-Ho Cho
Explosives and Blasting
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v.42
no.3
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pp.9-22
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2024
As buildings constructed in the 1980s during a period of rapid urbanization and economic growth have aged, the demand for demolition, especially of reinforced concrete structures, has increased. In large-scale structures such as industrial buildings, a mixed approach utilizing both mechanical demolition and explosive demolition methods is being employed. As the demand for demolition rises, so do safety concerns, making structural stability during demolition a crucial issue. In this study, drones and LiDAR were used to collect actual structural data, which was then used to build a simulation model. The analysis method employed was a combination of the Finite Element Method (FEM) and the Discrete Element Method (DEM), known as the Combined Finite-Discrete Element Method (FDEM), which was used to perform dynamic structural analysis during various demolition phases. The results were compared and analyzed with the commercial software ELS to assess its applicability.
Two-layer coupled or composite beams with discrete shear connectors of finite dimensions are commonly encountered in pre-fabricated construction. This paper presents the development of simplified closed-form solutions for such type of coupled beams for practical applications. A new coupled beam element is proposed to represent the unconnected segments in the beam. General solutions are then developed by an inductive method based on the results from the finite element analysis. A modification is subsequently considered to account for the effect of local deformations. For typical cases where the local deformation is primarily concerned about its distribution over the depth of the coupled beam, empirical modification factors are developed based on parametric calculations using finite element models. The developed analytical method for the coupled beams in question is simple, sufficiently accurate, and suitable for quick calculation in engineering practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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