A numerical algorithm for plane stress and shell elasto-plasticity is presented in this paper. The proposed strain decomposition (SD) algorithm is an elastic predictor/plastic corrector algorithm, and in the context of operator splitting, is a return mapping algorithm. However, it differs significantly from other return mapping algorithms in that only the necessary response functions are used without invoking their gradients, and the stress increment is updated only at the end of the time step. This makes the proposed SD algorithm more suitable for materials with complex yield surfaces and will guard against error accumulation during the time step. Comparative analyses of structural systems using the proposed strain decomposition (SD) algorithm and the iterative radial return (IRR) algorithm are presented. The results demonstrate the accuracy and usefulness of the proposed algorithm.
In this study, specimens of rigid frame joint were produced by integrating joints with adhesive and other specimens were produced by inserting a wooden gusset integrated with a column member into a slit-processed beam member and joining them with pins. Then the moment resistance performances of the specimens were examined. For the wooden gusset, a GFRP-reinforced wooden gusset was used. The calculation results of perfect elasto-plasticity for the frame specimens for which a GFRP-reinforced wooden gusset was inserted into and joined with the slit-processed beam member by pins were 20-80% lower compared to the control group which consisted of steel plate-inserted frame specimens. The rigid frame specimens for which the column and beam members have been integrated with adhesive showed almost no initial residual transformations, as well as 38% greater initial rigidity and 41% greater plasticity compared to the steel plate-inserted joint.
Kim, Sung Bo;Han, Jae Young;Park, Soon Cheol;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.3
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pp.299-311
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2003
This paper presents a finite element procedure to estimate the ultimate strength of space frames considering spread of plasticity. The improved displacement field is introduced based on the inclusion of second-order terms of finite rotations. All the non-linear terms due to bending moment, torsional moment, and axial force are precisely considered. The concept of plastic hinges is introduced and the incremental load/displacement method is applied for elasto-plastic analyses. The initial yield surface is defined based on the residual stress, and the full plastification surface is considered under the combined action of axial forces, bending and torsional moments. The elasto-plastic stiffness matrices are derived using the flow rule and the normality condition of the limit function. Finite element solutions for the ultimate strength of space frames are compared with available solutions and experimental results.
The high precision analysis by the p-version of the finite element method are fairly well established as highly efficient method for linear elastic problems, especially in the presence of stress singularity. It has been noted that the merits of the p-version are accuracy, modeling simplicity, robustness, and savings in user's and CPU time. However, little has been done to exploit their benefits in elasto-plastic analysis. In this paper, the p-version finite element model is proposed for the materially nonlinear analysis that is based on the incremental theory of plasticity using the constitutive equation for work-hardening materials, and the associated flow rule. To obtain the solution of nonlinear equation, the Newton-Raphson method and initial stiffness method, etc are used. Several numerical examples are tested with the help of the square plates with cutout, the thick-walled cylinder under internal pressure, and the circular plate with uniformly distributed load. Those results are compared with the theoretical solutions and the numerical solutions of ADINA
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.447-455
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2006
A general purpose of 4-node co-rotational resultant shell element is developed for the solution of nonlinear problems of reinforced concrete, steel and fiber-reinforced composite structures. The formulation of the geometrical stiffness presented here is defined on the mid-surface by using the second order kinematic relations and is efficient for analyzing thick plates and shells by incorporating bending moment and transverse shear resultant forces. The present element is free of shear locking behavior by using the ANS (Assumed Natural Strain) method such that the element performs very well as thin shells. Inelastic behaviour of concrete material is based on the plasticity with strain hardening and elasto-plastic fracture model. The plasticity of steel is based on Von-Mises Yield and Ivanov Yield criteria with strain hardening. The transverse shear stiffness of laminate composite is defined by an equilibrium approach instead of using the shear correction factor. The proposed formulation is computationally efficient and versitile for most civil engineering application and the test results showed good agreement.
Marzec, Ireneusz;Skarzynski, Lukasz;Bobinski, Jerzy;Tejchman, Jacek
Computers and Concrete
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v.12
no.5
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pp.585-612
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2013
The paper presents quasi-static numerical simulations of the behaviour of short reinforced concrete beams without shear reinforcement under mixed shear-tension failure using the FEM and four various constitutive continuum models for concrete. First, an isotropic elasto-plastic model with a Drucker-Prager criterion defined in compression and with a Rankine criterion defined in tension was used. Next, an anisotropic smeared crack and isotropic damage model were applied. Finally, an elasto-plastic-damage model was used. To ensure mesh-independent FE results, to describe strain localization in concrete and to capture a deterministic size effect, all models were enhanced in a softening regime by a characteristic length of micro-structure by means of a non-local theory. Bond-slip between concrete and reinforcement was considered. The numerical results were directly compared with the corresponding laboratory tests performed by Walraven and Lehwalter (1994). The advantages and disadvantages of enhanced models to model the reinforced concrete behaviour were outlined.
This paper is concerned with the simulation-based process design method involved non-steady state problem of tension levelling considering the elasto-plastic hardening behavior of a metallic strip by a commercial code ABAQUS/Standard. The tension levelling process is peformed to elongate the strip plastically in combination of tensile and bending strain by a controlled manner so that all longitudinal fibers in the strip have an approximately equal amount of length and undesirable strip shapes are corrected to the flat share. Objectives of this paper are the development of a general method for the design of a tension leveller by a finite element method and parameter studies for the deisgn variables such as the applied tension, the roll intermash includes the determination of the steady state using the simple unit of the tension levelling line and the effect of the finite element mesh size on the amount and distribution of the strain calculated. The analysis provides the information about the intermesh effect on the amount and final shapes of the strip and distribution of the strain in order to determine the amount elongation for correction of the irregular share.
Stability of a cylindrical shell subject to a uniform axial compression, which is a power function of time, is examined within the framework of small strain elasto-plasticity. The material of the shell is incompressible and the effect of the elastic unloading is considered. Initially, employing the infinitesimal elastic-plastic deformation theory, the fundamental relations and Donnell type stability equations for a cylindrical shell have been obtained. Then, employing Galerkin's method, those equations have been reduced to a time dependent differential equation with variable coefficient. Finally, for two initial conditions applying a Ritz type variational method, the critical static and dynamic axial loads, the corresponding wave numbers and dynamic factor have been found. Using those results, the effects of the variations of loading parameters and the variations of power of time in the axial load expression as well as the variations of the radius to thickness ratio on the critical parameters of the shells for two initial conditions are also elucidated. Comparing results with those in the literature validates the present analysis.
An elasto-plastic constitutive model was proposed, in which the behavior at small-to-large strain level can be modeled. The proposed model is based on the anisotropic hardening description with the generalization of isotropic hardening rule and the total stress concept. From a mathematical approach it was proved that the model includes the previous successful models. The model was verified by a series of resonant column tests, torsional shear tests and triaxial tests, and the proposed model predicted small-to-large strain behavior more consistently and accurately than the hyperbolic model and the Ramberg-Osgood model for a weathered granitic soil. In addition, the nonlinearity under small strain condition was predicted appropriately for the torsional shear test results.
In this paper, the method of parameter estimation of a mathematical constitutive model blown as the smooth elasto-plastic cap model is studied. To predict the response of the real soil using this model, the eight parameters describing the constitutive equations have to be determined. First, experimental data are obtained from simple laboratory experiments such as one dimensional confined compression test in a consolidometer and drained triaxial compression test with the Ottawa sand f3r the reference value. Then, the numerical experiments are performed in the cap model with initial guessed parameters. The optimization method is utilized to fit the model response to experimental data by minimizing the error between the laboratory and numerical responses. Special attention is given to the parameter estimation procedure of numerical triaxial test due to the difficulty of the lateral strain measurements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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