This paper presents a curvature method for analysis of beam-columns with different materials and arbitrary cross-section shapes and subjected to combined biaxial moments and axial load. Both material and geometric nonlinearities (the p-delta effect in this case) were incorporated. The proposed method considers biaxial curvatures and uniform normal strains of discrete cross-sections of beam-columns as basic unknowns, and seeks for a solution of the column deflection curve that satisfies force equilibrium conditions. A piecewise representation of the beam-column deflection curve is constructed based on the curvatures and angles of rotation of the segmented cross-sections. The resulting bending moments were evaluated based on the deformed column shape and the axial load. The moment curvature relationship and the beam-column deflection calculation are presented in matrix form and the Newton-Raphson method is employed to ensure fast and stable convergence. Comparison with results of analytic solutions and eccentric compression tests of wood beam-columns implies that this method is reliable and effective for beam-columns subjected to eccentric compression load, lateral bracings and complex boundary conditions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.249-253
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1997
A numerical method for evaluating the equilibrium path of cylindrical shell subject to axial load and eccentrically axial load is presented. The effects of both material and geometric nonlinearities were also considered in the analysis. The nonlinear formulation was based on the total Lagrangian description and nonlinear equtions were solved by the Newton-Raphson method with load increment procedures. Degenerate shell elements with layered approach were employed for the analysis. The elasto-plastic deformation can be found in several examples and a large eccentricity of the axial load reduces the stress level at the time of the local buckling of the pipe considerably.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2011.06a
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pp.349-354
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2011
This paper addresses the trajectory tracking problem for ship berthing using sliding mode technique. With significant potential advantages: insensitivity to plant nonlinearities, parameter variations, remarkable stability and performance robustness with environmental disturbances, the multivariable sliding modes controller is proposed for solving trajectory tracking of ship in harbor area. In this study, the ship position and heading angle are simultaneously tracked to guarantees that the ship follows a given path (geometric task) with desired velocities (dynamic task). The stability of the proposed control law is proved based on Lyapunov theory. The proposed approach has been simulated on a computer model of a supply vessel with good results.
This paper presents a numerical investigation of the mechanical behaviour of extended end - plate steel connections including comparison with full size experiments. Contact and friction laws have been taken into account with nonlinear, three dimensional finite element analysis. Material and geometric nonlinearities have been implemented to the model, as well. Results are then compared with experimental tests conducted at the Jordan University of Science and Technology. According to the most significant observation of the analysis, a separation of the column flange from the extended end - plate occurs. Other important structural parameters of the connection, like the impact of some column stiffeners on the overall response, local buckling of the column and friction of the beam to column interface, have been examined as well.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.2
no.4
s.7
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pp.97-116
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2002
In this papers, a finite element formulation is proposed for dynamic analysis of vehicle-bridge interaction problems under realistic loading conditions. Although the formulation presented in this paper is based on the consideration of only a single traversing vehicle, it can be extended to include several different bridge configurations. The traversing vehicle and the vibrating bridge superstructure are considered as an integrated system. Hence, although material and geometric nonlinearities are excluded, this introduces nonlinearity into the problem. Various vehicle models, including those with suspension systems, are considered. Traveling speed of the vehicle can be varied. The finite element discretization of the bridge structure permits the inclusion of arbitrary geometrical configurations, and surface and boundary conditions. To obtain accurate solutions, time integration of the equation of vehicle-bridge motion is carried out by using the Newmark method in connection with a predictor-corrector algorithm.
In this paper, static nonlinear analysis of gable frame is performed using OpenSees software. Both geometric and material nonlinearities are considered in analyses. To consider large displacements, co-rotational coordinate transformation is used in software. The effects of symmetric and asymmetric support conditions including clamped and simple supports are studied. On the other hand, the material nonlinearity is reflected on analyses using Giuffre-Menegotto-Pinto steel material. Note that strain hardening characteristics are also considered in this model. Moreover, I-shaped cross-section is assumed for all members. The results are provided for different geometry properties of gable frame including shallow and deep inclined roof. It should be added that buckling and post-buckling behaviors of gable frame are investigated using related equilibrium paths. A comparison study is also implemented on the responses of buckling loads obtained for different support and geometry conditions. To trace snap-through paths completely, a displacement control method entitled arc-length is utilized. Findings show the capability of proposed model in nonlinear analysis of gable frames.
This paper presents a numerical study on the flat plates in deep basements, subjected to floor load and in-plane compressive load due to soil and hydraulic lateral pressure. For nonlinear finite element analysis, a computer program addressing material and geometric nonlinearities is developed. The validity of the numerical model is established by comparison with existing experiments performed on plates simply supported on four edges. The flat plates to be studied are designed according to the Direct Design Method in ACI 318-95. Through numerical study on the effects of different load combinations and loading sequence, the load condition that governs the strength of the flat plates is determined. For plates under the governing load condition, parametric studies are performed to investigate the strength variations with reinforcement ratio, aspect ratio, concrete strength, and slenderness ratio. Based on the numerical results, the floor load magnification factor is proposed.
We investigate the influence of nonlinear viscoelastic damping on the response of a cantilever sensor covered by piezoelectric layers in a symmetric or asymmetric configuration. We formulate an initial-boundary-value problem which consistently incorporates both geometric and material nonlinearities including the effect of viscoelastic damping which cannot be ignored for micro- and nano-mechanical sensor operation in a vacuum environment. We employ an asymptotic multiple-scales methodology to yield the system nonlinear frequency response near its primary resonance and employ a model-based estimation procedure to deduce the system damping backone curve from controlled experiments in vacuum. We discuss the effect of nonlinear damping on sensor applications for scanning probe microscopy.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.91-99
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2024
In this paper, machine learning models were applied to predict the seismic response of steel frame structures. Both geometric and material nonlinearities were considered in the structural analysis, and nonlinear inelastic dynamic analysis was performed. The ground acceleration response of the El Centro earthquake was applied to obtain the displacement of the top floor, which was used as the dataset for the machine learning methods. Learning was performed using two methods: Decision Tree and Random Forest, and their efficiency was demonstrated through application to 2-story and 6-story 3-D steel frame structure examples.
This work aims to present an analysis of the structural reliability of reinforced concrete (RC) columns designed according to the general method outlined in Eurocode 2 (EN 1992-1-1 2004). Probabilistic analyses are conducted by integrating the Monte Carlo method with metamodels (or surrogate models) generated using Kriging and some machine learning techniques. The study was developed based on an algorithm that verifies the columns subject to biaxial bending, considering the physical and geometric nonlinearities. Columns were analyzed assuming sign inversion of end bending moments (with reverse curvature), which portray the typical situations in conventional structures of RC buildings. The probabilistic results reveal that the typical RC columns in buildings designed according to the design procedures of the studied standard, whether they are located at the center, corner, or edge, exhibit reliability levels surpassing those deemed acceptable within the technical community. Furthermore, the integration of surrogate models proves beneficial by alleviating the computational burden associated with evaluations while preserving accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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