KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.99-107
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1993
In this study, material nonlinear finite element program is developed to analyze reinforced concrete shell of arbitrary geometry considering tension stiffening effects. This study is capable of tracing the load-deformation response and crack propagation, as well as determining the internal concrete and steel stresses through the elastic, inelastic and ultimate ranges in one continuous computer analysis. The cracked shear retention factor is introduced to estimate the effective shear modulus including aggregate interlock and dowel action. The concrete is assumed to be brittle in tension and elasto-plastic in compression. The Drucker-Prager yield criterion and the associated flow rule are adopted to govern the plastic behavior of the concrete. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. A layered isoparametric flat finite element considering the coupling effect between the in-plane and the bending action was developed. Mindlin plate theory taking account of transverse shear deformation was used. An incremental tangential stiffness method is used to obtain a numerical solution. Numerical examples about reinforced concrete shell are presented. Validity of this method is studied by comparing with the experimential results of Hedgren and the numerical analysis of Lin.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.621-629
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1992
This study is concerned with an application of the Boundary Element Method to 2-dimensional elastoplastic stress analysis on the material nonlinearities. The boundary integral formulation adopted an initial stress equation in the inelastic term. In order to determine the initial stress increment, the increment of initial elastic strain energy due to elastic increment in stressstrain curve was used as the convergence criterion during iterative process. For the validity of this procedure, the results of B.E.M. with constant elements and NISA with linear elements where compared on the thin plate with 2 edge v-notches under static tension and the thick cylinder under internal pressure. And this paper compared the results of using unmedical integral with the results of using semi-analytical integral on the plastic domain integral.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.24-34
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1990
In this paper, the formulation of a new simplified finite element is made to analyze the ultimate strength of damaged tubular members subjected to combined axial force and end moment. A damaged tubular member that has the bending deformation and the local dent is modeled by beam elements. Tangent elastic stiffness matrix of a beam element which contains the effect of the geometric nonlinearity is derived by using the updated Lagrangian approach. Here the contribution of the stiffness in the dented area is neglected since its resistance against the external loads is considered to be small. A fully plastic interaction curve of the element under combined loads taking account of the local dent effect is selected as a yielding criterion at each nodal point. Also tangent elasto-plastic stiffness matrix of the element is formulated by plastic node method. Comparison with the present solution and the existing experimental results is made showing that the present method gives quite an accurate solution.
The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.95-105
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1985
This dissertation presents an exact solution for the normal and shearing stresses of an orthotropic plane body loaded by a moment load. The solution satisfies the conditions of equilibrium compatibility equations concurrently and is governing for the body being in the elasto-plastic state. An Airy stress function is introduced to solve the problem related to an orthotropic half-infinite plane under a moment load. All the equations for orthotropy must be degenerated into the expressions for isotropy when orthotropic constants are replaced by isotropic ones. The author has evaluated all the equations of orthotropy and succeeded in obtaining exactly identical expressions to the equations of isotropy which were derived independently by of L'hosptials rule. The analytical results of isotropy are compared with the simple results of other investigator. Since moment Load under the elastic state and plastic state only is a particular case of moment load under the elasto-plastic state. All the equations of elasto-plastic state case are degenerated into the expressions for the each case. The formal solution is expressed in terms of closed form. The orthotropic constants are evaluated for two kinds and two different orientations of the grain of wood and two kinds of structures. The numerical results for orthotropy are evaluated for one kind and two different orientations of three-layered ply wood. The distribution of normal and shearing stresses are shown in figures. It is noted that the distribution of stresses of orthotropic materials depends on the type of materials and orientations of the grain and stiffening.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.4
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pp.435-444
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2001
Even todays, accurate and efficient algorithms for the large deformation analysis of elastoplastic frame structures lack due to the complexities of kinematics, material nonlinearities and numerical methods to cater for. The author suggests appropriate beam element based upon the incremental formulation from the 3D rod theory where Cauchy stress and engineering strain are variables to incorporate plasticity equations so that objectivity may be satisfied. A rectum mapping methods which can integrate and satisfy yield criteria efficiently is suggested and a continuation method which has global convergency and quadratic speed is developed as well. leading-unloading example problems are tested and the ideas are proved to be valuable.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.1-10
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1991
Two-dimensional explicit finite element code was developed. The transient dynamics code can analyse large deformations of non-linear materials subjected to extremely high strain rates. The Lagrangian finite element program uses an explicit time integration operator to integrate the equations of motion, thus the stiffness matrix is not introduced. Cylinder upsetting and ring compression problems are simulated to check the effects of friction and inertia force. It is shown that (1) calculated results agree very well with experimental results, (2) constant shear friction method overestimates the decrease of inner ring radius and then underestimates after on in comparison with the Coulomb friction method, and (3) the effect of the increase in initial strain rate is similar to the effect of higher frictional coefficient.
Temperature distribution, transformation and residual stresses generated during the quenching process of carbon steel. It follows many difficulties in the analytical considerations on those quenching process because of the coupling effects on temperature and metallic structures. In this paper one of the basic study on the quenching stresses was carried out for the case of the round steel bar specimen(SM45C) with 40mm both in its diameter and length. The temperature distributions considering strain hysteresis were numerically calculated by finite element technique. In calculating the transient temperature field, the heat flux between water and rod surface was determined from the heat transfer coefficient. The gradient of temperature is almost same to geometric of specimen. At early stage of the quenching process, the abrupt temperature gradient has been shown in the surface of the specimen.
This paper aimed to study and understand the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the dissimilar butt joint (Al 6061-T6 and STS304) by TIG assisted Friction Stir Welding. Heat conduction and residual stress analysis is carried out using in-house solver. Two-dimensional results of the heat distribution and residual stresses in dissimilar joint for particular tool geometry and material properties are presented. The predicted stress along longitudinal direction in Al 6061-T6 and STS304 are approximately between 12-15% of their respective yield strengths. A comparison is made between experimentally measured and numerically predicted equivalent residual stress values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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