The paper presents quasi-static plane strain FE-simulations of strain localization in reinforced concrete beams without stirrups. The material was modeled with two different isotropic continuum crack models: an elasto-plastic and a damage one. In case of elasto-plasticity, linear Drucker-Prager criterion with a non-associated flow rule was defined in the compressive regime and a Rankine criterion with an associated flow rule was adopted in the tensile regime. In the case of a damage model, the degradation of the material due to micro-cracking was described with a single scalar damage parameter. To ensure the mesh-independence and to capture size effects, both criteria were enhanced in a softening regime by nonlocal terms. Thus, a characteristic length of micro-structure was included. The effect of a characteristic length, reinforcement ratio, bond-slip stiffness, fracture energy and beam size on strain localization was investigated. The numerical results with reinforced concrete beams were quantitatively compared with corresponding laboratory tests by Walraven (1978).
In this study, we evaluated the fluidity of the Al-Zn based alloys which exhibit excellent mechanical properties. We conducted computer simulations of fluid flow using the results of DSC, DTA analysis and Java-based Materials Properties software (J. Mat. Pro). Such computer simulations were then compared with the results obtained from experimental observations. The computer simulation results and the experimental results were very similar in fluidity length. It was found that the fluidity length of Al-Zn alloys is improved by increasing the Zn content while decreasing the solidus temperature of an alloy. In addition, we elucidate the effect of Zn addition on variations in different mechanical properties and the microstructure characteristics of (Al-xZn3Cu0.4Si0.3Fe) x=20, 30, 40, and 45 wt% alloys fabricated by gravity casting.
O'Daniel, James;Adley, Mark;Danielson, Kent;DiPaolo, Beverly;Boone, Nicholas
Computers and Concrete
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제7권2호
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pp.103-118
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2010
Penetration of a fragment-like projectile into Fiber Reinforced Concrete (FRC) was simulated using finite element (FE) and particle formulations. Extreme deformations and failure of the material during the penetration event were modeled with multiple approaches to evaluate how well each represented the actual physics of the penetration process and compared to experimental data. A Fragment Simulating Projectile(FSP) normally impacting a flat, square plate of FRC was modeled using two target thicknesses to examine the different levels of damage. The thinner plate was perforated by the FSP, while the thicker plate captured the FSP and only allowed penetration part way through the thickness. Full three dimensional simulations were performed, so the capability was present for non-symmetric FRC behavior and possible projectile rotation in all directions. These calculations assessed the ability of the finite element and particle formulations to calculate penetration response while assessing criteria necessary to perform the computations. The numerical code EPIC contains the element and particle formulations, as well as the explicit methodology and constitutive models, needed to perform these simulations.
The mechanical behavior of the steel tube encased high-strength concrete (STHC) composite walls under constant axial load and cyclically increasing lateral load was studied. Conclusions are drawn based on experimental observations, grey evolutionary algorithm and finite element (FE) simulations. The use of steel tube wall panels improved the load capacity and ductility of the specimens. STHC composite walls withstand more load cycles and show more stable hysteresis performance than conventional high strength concrete (HSC) walls. After the maximum load, the bearing capacity of the STHC composite wall was gradually reduced, and the wall did not collapse under the influence of the steel pipe. For analysis of the bending capacity of STHC composite walls based on artificial intelligence tools, an analysis model is proposed that takes into account the limiting effect of steel pipes. The results of this model agree well with the test results, indicating that the model can be used to predict the bearing capacity of STHC composite walls. Based on a reasonable material constitutive model and the limiting effect of steel pipes, a finite element model of the STHC composite wall was created. The finite elements agree well with the experimental results in terms of hysteresis curve, load-deformation curve and peak load.
Marzec, Ireneusz;Skarzynski, Lukasz;Bobinski, Jerzy;Tejchman, Jacek
Computers and Concrete
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제12권5호
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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 work presents the design of a dual extended Kalman filter (EKF) as a state/parameter estimator suitable for adaptive state-of-charge (SoC) estimation of an automotive lithium-iron-phosphate ($LiFePO_4$) cell. The design of both estimators is based on an experimentally identified, lumped-parameter equivalent battery electrical circuit model. In the proposed estimation scheme, the parameter estimator has been used to adapt the SoC EKF-based estimator, which may be sensitive to nonlinear map errors of battery parameters. A suitable weighting scheme has also been proposed to achieve a smooth transition between the parameter estimator-based adaptation and internal model within the SoC estimator. The effectiveness of the proposed SoC and parameter estimators, as well as the combined dual estimator, has been verified through computer simulations on the developed battery model subject to New European Driving Cycle (NEDC) related operating regimes.
The numerical simulation is performed for the acoustic emission and the wave propagation due to fiber breakage in single fiber composite plates by the finite element transient analysis. The acoustic emission and the following wave motions from a fiber breakage under a static loading is simulated to investigate the applicability of the explicit finite element method and the equivalent volume force model as a simulation tool of wave propagation and a modeling technique of an acoustic emission. For such a simple case of the damage event under static loading, various parameters affecting the wave motion are investigated for reliable simulations of the impact damage event. The high velocity and the small wave length of the acoustic emission require a refined analysis with dense distribution of the finite element and a small time step. In order to fulfill the requirement for capturing the exact wave propagation and to cover the 3-D simulation, we utilize the parallel FE transient analysis code and the parallel computing technology.
Load/Unload(L/UL) technology includes the benefits, that is, increased areal density, reduced power consumption and improved shock resistance contrary to contact start stop(CSS). It has been widely used in portable hard disk drive and will become the key technology for developing the small form factor hard disk drive. The main objectives of L/UL are no slider disk contact or no media damage. For realizing those, we must consider many design parameters in L/UL systems. In this paper, we focus on the effect of the ramp profile. We can find out the lateral velocities in L/UL process through experiments and simulations for force of voice coil motor and friction force on ramp. And then, we will gain the optimal design of ramp slope to maintain the minimum clearance of suspension dimple and slider with FE model. In special, after finding the point at which air bearing breaks and designing the ramp, we will identify the results for improving unload performance.
This study aims to improve the dynamic stiffness of an inspection robot frame to prevent derailment from transmission lines. Finite element models for the transmission lines and robot frame are developed for the multi-body dynamic simulation. Natural frequency analysis was conducted using the FE models. Three types of spacer damper clamps installed on 4-conductor transmission lines are used to evaluate the derailment of the robot. Multi-body dynamic simulations with FE models are demonstrated for sub-span oscillation. When the robot operates, derailment of inspection robot from the transmission lines is determined because of resonance. To prevent the resonance, body position was changed and thickness optimization was conducted. The results show that derailment was not occurred because of the natural frequency improvement.
In this paper, a description is given of finite element method (FEM) simulations of the elastic bending modulus of multi-layered graphene sheets that were carried out to investigate the mechanical behavior of graphene sheets with different gap thicknesses through molecular mechanics theory. The interaction forces between layers with various gap thicknesses were considered based on the van der Waals interaction. A finite element (FE) model of a multi-layered rectangular graphene sheet was proposed with beam elements representing bonded interactions and spring elements representing non-bonded interactions between layers and between diagonally adjacent atoms. As a result, the average elastic bending modulus was predicted to be 1.13 TPa in the armchair direction and 1.18 TPa in the zigzag direction. The simulation results from this work are comparable to both experimental tests and numerical studies from the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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