Altunisik, Ahmet Can;Kalkan, Ebru;Basaga, Hasan B.
Computers and Concrete
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v.22
no.1
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pp.101-116
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2018
As one of the most important engineering structures, arch dams are huge constructions built with human hands and have strategical importance. Because of the fact that long construction duration, water supply, financial reasons, major loss of life and material since failure etc., the design of arch dams is very important problem and should be done by expert engineers to determine the structural behavior more accurately. Finite element analyses and non-destructive experimental measurements can be used to investigate the structural response, but there are some difficulties such as spending a long time while modelling, analysis and in-situ testing. Therefore, it is more useful to conduct the research on the laboratory conditions and to transform the obtained results into real constructions. Within the scope of this study, it is aimed to determine the structural behavior of arch dams considering experimentally validated prototype laboratory model using similitude and scaling laws. Type-1 arch dam, which is one of five arch dam types suggested at the "Arch Dams" Symposium in England in 1968 is selected as reference prototype model. The dam is built considering dam-reservoir-foundation interaction and ambient vibration tests are performed to validate the finite element results such as dynamic characteristics, displacements, principal stresses and strains. These results are considered as reference parameters and used to determine the real arch dam response with different scales factors such as 335, 400, 416.67 and 450. These values are selected by considering previously examined dam projects. Arch heights are calculated as 201 m, 240 m, 250 m and 270 m, respectively. The structural response is investigated between the model and prototype by using similarity requirements, field equations, scaling laws etc. To validate these results, finite element models are enlarged in the same scales and analyses are repeated to obtain the dynamic characteristics, displacements, principal stresses and strains. At the end of the study, it is seen that there is a good agreement between all results obtained by similarity requirements with scaling laws and enlarged finite element models.
Early detection of small concrete crack or reinforcement corrosion is necessary for Structural Health Monitoring (SHM). Global vibration based methods are advantageous over local methods because of simple equipment installation and cost efficiency. Among vibration based techniques, FRF based methods are preferred over modal based methods. In this study, a new coupled method using frequency response function (FRF) and proper orthogonal modes (POM) is proposed by using the dynamic characteristic of a damaged beam. For the numerical simulation, wave finite element (WFE), coupled with traditional finite element (FE) method is used for effectively incorporating the damage related information and faster computation. As reported in literature, hybrid combination of wave function based wave finite element method and shape function based finite element method can addresses the mid frequency modelling difficulty as it utilises the advantages of both the methods. It also reduces the dynamic matrix dimension. The algorithms are implemented on a three-dimensional reinforced concrete beam. Damage is modelled and studied for two scenarios, i.e., crack in concrete and rebar corrosion. Single and multiple damage locations with different damage length are also considered. The proposed methodology is found to be very sensitive to both single- and multiple- damage while being computationally efficient at the same time. It is observed that the detection of damage due to corrosion is more challenging than that of concrete crack. The similarity index obtained from the damage parameters shows that it can be a very effective indicator for appropriately indicating initiation of damage in concrete structure in the form of spread corrosion or invisible crack.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.4
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pp.853-861
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2015
In this study, FDM modelling with axisymmetry condition and interface element was verified whether it is reasonable to estimate compositive behavior of a piled raft foundation. To this end, the modelling validity of piled raft foundations was estimated by comparing and analyzing numerical analysis results and laboratory model test results. Also, load bearing ratio of a raft is analyzed by performing sensitivity analysis of foundation parameters with the actual field conditions. As a result of this study, correlation between bearing capacity and vertical displacement of numerical results turned out to be similar with that of a laboratory model test. In addition, ultimate bearing capacity of piled rafts and load bearing ratio of the raft is calculated to be similar in both cases. The load bearing ratio of the raft was also estimated to be in the range of 33% to 52% from the sensitivity analysis. The results were confirmed to be similar to the previous studies. Therefore, it can be inferred that piled rafts can be effectively modelled applying axisymmetry condition and interface element.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.141-155
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2014
The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites in strengthening reinforced concrete beam-column subassemblies has been scrutinised both experimentally and numerically in recent years. While a multitude of numerical models are available, and many match the experimental results reasonably well, there are not many studies that have looked at the efficiency of different finite elements in a comparative way in order to clearly identify the best practice when it comes to modelling FRP for strengthening. The present study aims at investigating this within the context of FRP retrofitted reinforced concrete beam-column subassemblies. Two programs are used side by side; ANSYS and VecTor2. Results of the finite element modeling using these two programs are compared with a recent experimental study. Different failure and yield criteria along with different element types are implemented and a useful technique, which can reduce the number of elements considerably, is successfully employed for modeling planar structures subjected to in-plane loading in ANSYS. Comparison of the results shows that there is good agreement between ANSYS and VecTor2 results in monotonic loading. However, unlike VecTor2 program, implicit version of ANSYS program is not able to properly model the cyclic behavior of the modeled subassemblies. The paper will be useful to those who wish to study FRP strengthening applications numerically as it provides an insight into the choice of the elements and the methods of modeling to achieve desired accuracy and numerical stability, a matter not so clearly explored in the past in any of the published literature.
Lalanthi, M.C.;Kamatchi, P.;Balaji Rao, K.;Saibabu, S.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.269-278
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2018
In this paper, two methods M1 and M2 to determine long-term deflection through finite element analyses including the effect of creep and relaxation are proposed and demonstrated for a PSC box-girder. In both the methods, the effect of creep is accounted by different models from international standards viz., ACI-209R-92, CEB MC 90-99, B3 and GL2000. In M1, prestress losses due to creep and relaxation and age adjusted effective modulus are estimated through different models and have been used in finite element (FE) analyses for individual time steps. In M2, effects of creep and relaxation are implemented through the features of FE program and the time dependent analyses are carried out in single step. Variations in time-dependent strains, prestress losses, stresses and deflections of the PSC box-girder bridge through M1 and M2 are studied. For the PSC girder camber obtained from both M1 and M2 are lesser than simple bending theory based calculations, this shows that the camber is overestimated by simple bending theory which may lead to non-conservative design. It is also observed that stresses obtained from FEM for bottom fibre are lesser than the stresses obtained from bending theory at transfer for the PSC girder which may lead to non-conservative estimates.
The flat coil actuator is widely used to make high precision products because it has no friction between the moving coil and the guide. Finite Element Method, a favored actuator design tool due to its high accuracy, was utilized to analyze the electromagnetic actuator, but it consumes a lot of time especially in computation iterations for optimization. Accordingly, the magnetic equivalent circuit analysis can be an alternative tool to FEM because of its computation iteration capability with fair accuracy. In this paper, lumped parameter model and the simulation results are presented. In addition, the result of lumped parameter analysis is compared with those obtained from finite element analysis for verification.
Kim, Cheol;Yang, Won-Ho;Sung, Ki-Deug;Ko, Myung-Hoon
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.198-204
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2001
The shot peening is largely used for a surface treatment of metallic components where small spherical pellets called shots are blasted onto the surface with velocities up to 100 m/s. This treatment leads to improvement of fatigue behavior due to the developed compressive residual stresses, and so it has gained widespread acceptance I the automobile and aerospace industries. The residual stress profile on surface layer depends on the parameters of shot peening, which are, shot velocity, shot diameter, coverage, impact angle, material properties etc. and the method to confirm this profile is the measurement by X-ray diffractometer only. Despite the importance to automobile ad aerospace industries, little attention has been devoted to the accurate modelling of the process. In this paper, the simulation technique is applied to predict the magnitude ad distribution of the residual stress and plastic deformation caused by shot peening with the help of the finite element analysis.
Steel suspension members subjected to tension and bending offer an economical and efficient alternative for many structural problems. This paper is concerned with the elastic and elastic-plastic behaviour of suspension members with bending stiffness subjected to vertical point and uniformly distributed loads. An experimental study is described which focuses on the response of three suspension members with various T-shaped steel hot rolled sections and geometric configurations. The tests enable direct assessment of the influence of a key parameter such as the sag-to-span ratio on the response of suspension members. Detailed nonlinear finite-element models are generated to provide a tool for theoretical analyses and to facilitate further understanding of the behaviour. Results demonstrate that experimentally obtained responses can generally be closely predicted numerically because there are relatively good agreements between finite element and tests results. The results and observations of subsequent numerical parametric studies offer an insight into the key factors that govern the behaviour of suspension members with bending stiffness in the elastic-plastic range.
Localized wind events, in the form of tornadoes and downbursts, are the main cause of the large number of failure incidents of electrical transmission line structures worldwide. In this study, a numerical model has been developed to study the behaviour of self-supported transmission lines under various tornado events. The tornado wind fields used were based on a full three-dimensional computational fluid dynamics analysis that was developed in an earlier study. A three-dimensional finite element model of an existing self-supported transmission line was developed. The tornado velocity wind fields were then used to predict the forces applied to the modelled transmission line system. A comprehensive parametric study was performed in order to assess the effects of the location of the tornado relative to the transmission line under F2 and F4 tornado wind fields. The study was used to identify critical tornado configurations which can be used when designing transmission line systems. The results were used to assess the sensitivity of the members' axial forces to changes in the location of the tornado relative to the transmission line. The results were then used to explain the behaviour of the transmission line when subjected to the identified critical tornado configurations.
The bogie between the track and the railway vehicle body, is one of the most important component in railroad vehicle. Its effects on the safety of both passengers and vehicle itself, and on the overall performance of the vehicle such as riding quality, noise and vibration are critical. The bogie is mainly consisted of the bogie frame, suspensions, wheels and axles, braking system, and transmission system. The complex shapes of the bogie frame and the complicate loading condition (both static and dynamic) induced in real operation make it difficult to design the bogie frame fulfilling all the requirements. The complicated loads applied to the bogie frame are i) static load due to the weight of the vehicle and passengers, ii) quasi-static load due to the rolling in curves iii) dynamic load due to the relative motion between the track, bogie, and vehicle body. In designing the real bogie frame, fatigue analysis based on the above complicated loading conditions is a must. In this study, stress analysis of the bogie frame has been performed for the various loading conditions according to the UIC Code 6 15-4. Magnitudes of the stress amplitude and mean stress were estimated based on the stress analysis results to simulate the operating loads encountered in service. Fatigue strength of the bogie frame was evaluated by using the constant life diagram of the material. 3-D surface modelling, finite element meshing, and finite element analysis were performed by Pro-Engineer, MSC/PATRAN, and MSC/NASTRAN, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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