Soils consist of an assemblage of particles with different sizes and shapes which form a skeleton whose voids are filled with water and air. Hence, soil behaviour must be analyzed by incorporating the effects of the transient flow of the pore-fluid through the voids, and therefore requires a two-phase continuum formulation for saturated porous media. The present paper presents briefly the Biot's basic theory of dynamics of saturated porous media with u-P formulation to determine the responses of pore fluid and soil skeleton during cyclic loading. Kelvin elements are attached to transmitting boundary. The Pastor-Zienkiewicz-Chan model has been used to describe the inelastic behavior of soils under isotropic cyclic loadings. Newmark-Beta method is employed to discretize the time domain. The response of fluid-saturated porous media which are subjected to time dependent loads has been simulated numerically to predict the liquefaction potential of a semi-infinite saturated sandy layer using finite-infinite elements. A settlement of 17.1 cm is observed at top surface. It is also noticed that liquefaction occurs at shallow depth. The mathematical advantage of the coupled finite element analysis is that the excess pore pressure and displacement can be evaluated simultaneously without using any empirical relationship.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.919-926
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2014
In this paper, the effect of material properties on fracture behavior was studied using cohesive zone model and extended finite element method. The rectangular tensile specimen with a central inclined initial crack was modeled by plane stress elements. In the CZM modeling, cohesive elements were inserted between every bulk elements in the predicted crack propagation region before analysis, while in the XFEM the enrichment to the elements was added as needed during analysis. The crack propagation behavior was examined for brittle and ductile materials. For thin specimen configuration, wrinkle deformation was accounted for by geometrically nonlinear post-buckling analysis and the effect of wrinkling on the crack propagation was investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.29-37
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1993
The extension of the weighted integral method in the area of stochastic finite element analysis is presented. The use of weighted integral method in numerical analysis was extended to CST(constant strain triangle) element by Deodatis to calculate the response variability of 2D stochastic systems. In this paper, the extension of the weighted integral method for general plane-elements is represented. It has been shown that the same mesh used in the deterministic FE analysis can be used in the stochastic FE analysis. Furthermore, because the CST element is a special case which has constant strain-displacement matrix the mingling of CST elements with the other quadrilateral elements in the analysis may also be possible.
When a large ship is advancing in waves, it undergoes hydroelastic response, which affects the structural stability and the fatigue destruction of the ship. Therefore, to predict an accurate hydroelastic response, it is necessary to conduct a thorough analysis of hydroelastic response, including fluid-structure interactions. In this research, the ship is divided into many hull elements, to calculate the fluid forces and wave exciting forces on each element. Using the three-dimensional source distribution method, the calculated fluid forces and wave exciting forces are assigned to nodes of the hull elements. The neighbor nodes are connected with elastic beam elements. We analyzed hydroelastic responses, using the finite elements method.
Naderi, Arash;Sohrabi, Mohammad Reza;Ghasemi, Mohammad Reza;Dizangian, Babak
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.5
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pp.585-594
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2020
Detecting the damage of indeterminate trusses is of major importance in the literature. This paper proposes a quick approach in this regard, utilizing a precise mathematical approach based on Finite Element Method. Different to a general two-step method defined in the literature essentially based on optimization approach, this method consists of three steps including Damage-Suspected Element Identification step, Imminent Damaged Element Identification step, and finally, Damage Severity Detection step and does not need any optimizing algorithm. The first step focuses on the identification of damage-suspected elements using an index based on modal residual force vector. In the second step, imminent damage elements are identified among the damage-suspected elements detected in the previous step using a specific technique. Ultimately, in the third step, a novel relation is derived to calculate the damage severity of each imminent damaged element. To show the efficiency and quick function of the proposed method, three examples including a 25-bar planar truss, a 31-bar planar truss, and a 52-bar space truss are studied; results of which indicate that the method is innovatively capable of suitably detecting, for indeterminate trusses, not only damaged elements but also their individual damage severity by carrying out solely one analysis.
The main purpose of this paper is the numerical analysis of the non-linear seismic response of a RC building mock-up. The mock-up is subjected to different synthetic horizontal seismic excitations. The numerical approach is based on a 3D-model involving multilayered shell elements. These elements are composed of several single-layer membranes with various eccentricities. Bending effects are included through these eccentricities. Basic equations are first written for a single membrane element with its own eccentricity and then generalised to the multilayered shell element by superposition. The multilayered shell is considered as a classical shell element : all information about non-linear constitutive relations are investigated at the local scale of each layer, whereas balance and kinematics are checked afterwards at global scale. The non-linear dynamic response of the building is computed with Newmark algorithm. The numerical dynamic results (blind simulations) are considered in the linear and non linear cases and compared with experimental results from shaking table tests. Multilayered shell elements are found to be a promising tool for predictive computations of RC structures behaviour under 3D seismic loadings. This study was part of the CAMUS International Benchmark.
Static performance was compared for the triangular plate elements through some numerical experiments. Four Kirchhoff elements and six Mindlin elements were selected for the comparison. Numerical tests were executed for the problems of rectangular plates with regular and distorted meshes, rhombic plates, circular plates and cantilever plates. Among the Kirchhoff 9 DOF elements, the discrete Kirchhoff theory element was the best. Element distortion and the aspect ratio were shown to have negligible effects on the displacement behaviour. The Specht's element resulted in better results than the Bergan's but it was sensitive to the aspect ratio. The element based on the hybrid stress method also resulted in good results but it assumed to be less reliable. Among the linear Mindlin elements, the discrete shear triangle was the best in view of reliability, accuracy and convergence. Since the thin plate behaviour of it was as good as the DKT element, it can be used effectively in the finite element code regardless of the thickness. As a quadratic Mindlin element, the MITC7 element resulted in best results in almost all cases considered. The results were at least as good as those of doubly refined meshes of linear elements.
This paper will compare $T3{\gamma}_s$ and MITC3 elements, both these two elements are three-node triangular plate bending elements with three degrees of freedom per node. The formulation of the $T3{\gamma}_s$ and MITC3 elements is rather simple and has already been widely used. This paper will prove that the shear strain formulation of these two elements is identical even though they are obtained from two different methods. A single element is used to test the formulation of shear strain matrices. Numerical tests for circular plate cases compared with the exact solutions and with DKMT element will complete this review to verify the performances and show the convergence of these two elements.
An efficient edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) has been recently developed for solving solid mechanics problems. The ES-FEM uses triangular elements that can be generated easily for complicated domains. In this paper, the complexity study of the ES-FEM based on triangular elements is conducted in detail, which confirms the ES-FEM produces higher computational efficiency compared to the FEM. Therefore, the ES-FEM offers an excellent platform for adaptive analysis, and this paper presents an efficient adaptive procedure based on the ES-FEM. A smoothing domain based energy (SDE) error estimate is first devised making use of the features of the ES-FEM. The present error estimate differs from the conventional approaches and evaluates error based on smoothing domains used in the ES-FEM. A local refinement technique based on the Delaunay algorithm is then implemented to achieve high efficiency in the mesh refinement. In this refinement technique, each node is assigned a scaling factor to control the local nodal density, and refinement of the neighborhood of a node is accomplished simply by adjusting its scaling factor. Intensive numerical studies, including an actual engineering problem of an automobile part, show that the proposed adaptive procedure is effective and efficient in producing solutions of desired accuracy.
Craniofacial complex is influenced by numerical skeletal elements. Though the analysis of growth change has been done by various analytical methods, it was dependent on any method of registration and superimposition, based on reference plane and reference point. However, the craniofacial growth is composed of a number of local growth elements. Therefore, it will be necessary to use a clinically useful method for estimating craniofacial skeletal growth independently. The author analysed longitudinal cephalometric roentgenogram of 15 Korean males and 15 Korean females aged from 6 to 12 years by the finite element method and results were as follows : 1. The finite element method for craniofacial skeletal complex and soft tissue made it possible to analyze the independent local growth. 2. Regression equations from the value of each strain will make it possible to predict the craniofacial growth. 3. The growth of anterior cranial base was different from that of other facial bone. 4. The growth of posterior cranial base influenced the growth of upper pharyngeal region, midfacial region, maxilla and posterior region of mandible. 5. The growth of maxillary complex was vertical rather than horizontal. 6. The growth direction of ramus, mandibular body, alveolar bone was various. 7. The relation between hard tissue and soft tissue by finite element method was variant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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