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
Kim, Sun-Woo;Yun, Hyun-Do;Song, Seon-Hwa;Yun, Yeo-Jin
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.3
s.55
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pp.209-216
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2009
Flexible frames on their own offer little resistance to lateral forces, resulting often in large deflections and rotations at the joints. On the other hand, walls subjected to lateral loads fail mainly in shear at relatively small displacements. Therefore, when the nonductile frames and wall act together, the combined action of the composite system differs significantly from that of the frame or wall alone. The objective of the study is to evaluate seismic response of infill walls with notched midsection. Reinforcement detail of wall was main variable in the experiment. Also SHCC was used in order to prevent damage concentration into notched midsection of walls. Test results, SHCC infill walls show the multiple crack patterns as expected. However, PIW-ND specimen exhibits less story drift, stiffness and energy dissipation capacity than those of PIW-NC specimen.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.2
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pp.10-18
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2012
Most of studies on existing strengthening methods were mainly on increase of stiffness and strength of shear strengthening to rectangular beam. As concrete of beam and slab is poured simultaneously on the characteristics of construction in reinforced concrete beam-slab structure, adjacent slab uniformed after hardening has T-shaped beam cross section which makes the flange of beam, enhances the stiffness of the beam and widens the area supporting compressive strength, but available data of flexural behavior of T-shaped beam are lacking. In this research the T-shaped beams would be made, then the reinforced effects and structural properties can be estimated according to the kinds of reinforced materials and reinforced position. The conclusions are shown as below. To sum up the experimental results, The specimen which was reinforce by CB embedded inside of concrete indicated excellent resistive behavior, internal force and stiffness when it was destroyed. The steel plate reinforced specimen of stiffness and internal force were increase but it expressed lower reinforce effects because of lowering anchored force between concrete. Fiber sheet strengthening showed superior effects but the interfacial delamination was found due to the lack of anchored force in destruction. So the measure is needed now.
This paper describes experimental results on the seismic performance of SHCC (strain-hardening cement composite) infill wall for improving damage tolerance capacity of non-ductile frame. To investigate the effect of tensile strain capacity and cracking behavior of SHCC materials on the shear behavior of SHCC infill wall, three infill walls were fabricated and tested under cyclic loading. The test parameter in this study is a type of cement composites; concrete and SHCCs. The two types of SHCC materials were prepared for infill walls. In order to induce crack damages into the mid-span of the infill wall, each infill wall had two 100-mm-deep-notches on both sides. Test results indicated that SHCC infill walls showed superior crack control capacities and much larger drift ratios at the peak loads than RC (reinforced concrete) infill wall, as expected. In particular, due to the bridging actions of the reinforcing fibers, SHCC matrix used in this study would delay the stiffness degradation of infill wall after the first inclined cracking. Moreover, from the damage classes based on the cracks' maximum width in the infill walls, it was observed that PIW-SHD specimen possessed nearly threefold seismic capacities compared to PIW-SLD specimen. Also, from the results on the strain of diagonal reinforcements, it can be concluded that the SHCC matrix would resist a part of tensile stresses transferred along steel rebar in the infill wall.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.10a
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pp.133-138
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1991
The aim of the present paper is to develop a computer program predicting ultimate fracture strength of initially cracked structure under monotonically increasing external loads. For this purpose, two kinds of 3-D isoparametric solid elements, one 6-node wedge element and another 8-node brick element are formulated along the small deformation theory. Plasticity in the element is checked using von Mises' yield criterion. Elasto-plastic stiffness matrix of the element is calculated taking account of strain hardening effect. If the principal strain at crack tip which is one nodal point exceeds the critical strain dependin on the material property, crack tip is supposed to be opened and the crack tip node which was previously constrained in the direction perpendicular to the crack line is released. After that, the crack lay be propagated to the adjacent node. Once a crack tip node is fractured, the energy of the newly fractured node should be released which is to be absorbed by the remaining part. The accumulated reaction force which was carried by the newly fractured node so far is then applied in the opposite direction. During the action of crack tip relief force, since unloading may be occured in the plastic element, unloading check should be made. If a plastic element unloads, elastic stress-strain equation is used in the calculation of the stiffness matrix of the element, while for a loading element, elasto-plastic stress-strain equation is continuously used. Verification of the computer program is made comparing with the experimental results for center cracked panel subjected to uniform tensile load. Also some factors affecting ultimate fracture strength of initially cracked plate are investigated. It is concluded that the computer program developed here gives an accurate solution and becomes useful tool for predicting ultimate fracture load of initially cracked structural system under monotonically increasing external loads.
A co-rotational quasi-conforming formulation of four- node stress resultant shell elements using Ivanov-Ilyushin yield criteria are presented for the nonlinear analysis of plate and shell structure. The formulation of the geometrical stiffness is defined by the full definition of the Green strain tensor and it is efficient for analyzing stability problems of moderately thick plates and shells as it incorporates the bending moment and transverse shear resultant force. As a result of the explicit integration of the tangent stiffness matrix, this formulation is computationally very efficient in incremental nonlinear analysis. This formulation also integrates the elasto-plastic material behaviour using Ivanov Ilyushin yield condition with isotropic strain hardening and its asocia ted flow rules. The Ivanov Ilyushin plasticity, which avoids multi-layer integration, is computationally efficient in large-scale modeling of elasto-plastic shell structures. The numerical examples herein illustrate a satisfactory concordance with test ed and published references.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.4
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pp.23-28
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2010
This study evaluated the effect of vibration, level of lateral yielding strength, site conditions, ductility factor, strain-hardening ratio, and post-capping ratio of the strength limited bilinear SDF systems on the inelastic displacement ratio. The nonlinear response history analysis was conducted using 240 ground motions which were collected at the sites classified as site classes B, C, and D according to the NEHRP. To account for the P-$\Delta$ effects, this study considered negative stiffness ratios ranging from -0.1 to -0.5 of elastic stiffness. Four different damping ratios are used: 2, 5, 10, and 20%. From this study, an equation of inelastic displacement ratio was proposed using nonlinear regression analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.5
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pp.337-343
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2017
As a shop practice, a strength estimation method for die cast parts is suggested, in which various defects such as pores can be allowed. The equivalent porosity is evaluated by combining the stiffness data from a simple elastic test at the part level during the shop practice and the theoretical stiffness data, which are defect free. A porosity equation is derived from Eshelby's inclusion theory. Then, using the Mori-Tanaka method, the porosity value is used to draw a stress-strain curve for the porous material. In this paper, the Hollomon equation is used to capture the strain hardening effect. This stress-strain curve can be used to estimate the strength of a die cast part with porous defects. An elastoplastic theoretical solution is derived for the three-point bending of a die cast beam by using the plastic hinge method as a reference solution for a part with porous defects.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.5
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pp.23-29
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2008
This study investigates the dynamic instability of strength-limited bilinear single degree of freedom (SDF) systems under seismic excitation. The strength-limited bilinear hysteretic model best replicates the hysteretic behavior of the steel moment resisting frames. To estimate the dynamic instability of SDF systems, the collapse strength ratio is used, which is the yield-strength reduction factor when collapse occurs. Statistical studies are carried out to estimate median collapse strength ratios and those dispersions of strength-limited bilinear SDF systems with given natural periods, hardening stiffness ratios, post-capping stiffness ratios, ductility and damping ratios ranging from 2 to 20% subjected to 240 earthquake ground motions recorded on stiff soil sites. Equations to calculate median and standard deviation of collapse strength ratios in strength-limited bilinear SDF systems are obtained through nonlinear regression analysis. By using the proposed equations, this study estimated the probabilistic distribution of collapse strength ratios, and compared this with the exact values from which the accuracy of the proposed equations was verified.
Shariati, Ali;Barati, Mohammad Reza;Ebrahimi, Farzad;Toghroli, Ali
Advances in nano research
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v.8
no.3
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pp.191-202
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2020
The article brings the study of nonlocal, surface and the couple stress together to apparent the frequency retaliation of FG nanobeams (Functionally graded). For the examination of frequency retaliation, the article considers the accurate spot of neutral axis. This article aims to enhance the coherence of proposed model to accurately encapsulate the significant effects of the nonlocal stress field, size effects together with material length scale parameters. These considered parameters are assimilated through what are referred to as modified couple stress as well as nonlocal elasticity theories, which encompasses the stiffness-hardening and softening influence on the nanobeams frequency characteristics. Power-law distribution is followed by the functional gradation of the material across the beam width in the considered structure of the article. Following the well-known Hamilton's principle, fundamental basic equations alongside their correlated boundary conditions are solved analytically. Validation of the study is also done with published result. Distinct parameters (such as surface energy, slenderness ratio, as nonlocal material length scale and power-law exponent) influence is depicted graphically following the boundary conditions on non-dimensional FG nanobeams frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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