Better understanding of in-situ mechanical behavior of pavement foundations is very important to predict long-term effects on the system performance of transport infrastructure. In order to do that, resilient stiffness characterization of geomaterals is needed to properly adopt such mechanistic analysis under both traffic and environmental loadings. In this paper, in situ monitoring data from KHC test road was used to analyze the non-linearity of stress conditions under traffic and moisture loadings. Then, the predicted non-linear response using finite element method with a selected constitutive model of foundation geomaterials are verified with the field data.
This paper evaluates the effective width of composite steel beams with precast hollowcore slabs numerically using the finite element method. A parametric study, carried out on 27 beams with different steel cross sections, hollowcore unit depths and spans, is presented. The effective width of the slab is predicted for both the elastic and plastic ranges. 8-node three-dimensional solid elements are used to model the composite beam components. The material non-linearity of all the components is taken into consideration. The non-linear load-slip characteristics of the headed shear stud connectors are included in the analysis. The moment-deflection behaviour of the composite beams, the ultimate moment capacity and the modes of failure are also presented. Finally, the ultimate moment capacity of the beams evaluated using the present FE analysis was compared with the results calculated using the rigid - plastic method.
The thick plate produced by rolling process is used as the basic members of a ship structure. In this paper, we present a setup model to control the asymmetric factors causing plate bending in the upper or lower direction during rolling. A series of finite element analysis are conducted to predict the relationship between various asymmetric factors and plate bending. The setup model is developed by regressing the relationship to the linear equations with several non-dimensional parameters. The setup model is verified by a pilot rolling test and applied to actual rolling conditions. Results show that the model is substantial to predict the asymmetric deformation in the plate rolling process.
This study explores the use of advanced concrete types to improve the performance of composite steel shear walls (CSPSWs), particularly in delaying cracking and failure. A two-phase approach is implemented. Phase I utilizes non-linear finite element analysis and Gene Expression Programming to develop a novel method for determining the minimum concrete thickness required in CSPSWs. Phase II investigates the effect of concrete type, opening area, and location on the behavior of CSPSWs with openings. The results demonstrate that ultra-high performance concrete (UHPFRC) significantly reduces out-of-plane displacement and tensile cracking compared to normal concrete. Additionally, the study reveals a strong correlation between opening position and load-bearing capacity, with position L3 exhibiting the greatest reduction as opening size increases. Finally, UHPFRC's superior energy dissipation translatesto a higher equivalent viscous damping coefficient.
In order to reduce vibration or to control shape of structures made of metal or composites, piezoelectric materials have been extensively used since their discovery in 1880's. A recent trend is also seen to apply piezoelectric materials to flexible structures made of rubber-like materials. In this paper a non-linear finite element model using updated Lagrangian (UL) approach has been developed for static analysis of rubber-elastic material with surface-bonded piezoelectric patches. A compressible stain energy function has been used for modeling the rubber as hyperelastic material. For formulation of the nonlinear finite element model a twenty-node brick element is used. Four degrees of freedom u, v and w and electrical potential ${\varphi}$ per node are considered as the field variables. PVDF (polyvinylidene fluoride) patches are applied as sensors/actuators or sensors and actuators. The present model has been applied to bimorph PVDF cantilever beam to validate the formulation. It is then applied to study the smart rubber components under different boundary and loading conditions. The results predicted by the present formulation are compared with the analytical solutions as well as the available published results. Some results are given as new ones as no published solutions available in the literatures to the best of the authors' knowledge.
Marante, Maria E.;Barreto, Wilmer J.;Picon, Ricardo A.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권5호
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pp.545-552
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2019
The analysis and design of complex structures like sandwich-panel elements are difficult; the use of finite element method for the analysis is complicated and time consuming when non-linear effects are considered. On the other hand, artificial neural network (ANN) models can capture the non-linear effects and its application requires lesser computational demand. Two ANN models were trained, tested and validated to compute the force for a given displacement of a sandwich-type roof element; 2555 force and element deformation pairs were used for training the ANN models. For the models trained without considering the damping effect, there were two values in the input layer: maximum displacement and current displacement, and for the model considering damping, displacement from the previous step was used as an additional input. Totally, 400 ANN models were trained. Results show that there is a good agreement between the experimental and simulated data, and the models showed a good performance with a mean square error value of 4548.85. Both the ANN models could simulate the inelastic behaviour, loss of rigidity, and evolution of permanent displacements. The models could also interpolate and extrapolate, which enables them to be used as an analysis and design tool for such complex elements.
The purpose of this paper is to find minimum surface shape of pneumatic structure using the finite element method. The pneumatic membrane structure is a kind of large deformation problem and very flexible composite material, which mean geomatric nonlinearity. It is not to resist for compression and resultant moment. As the displacement due to internal pressure is getting bigger, it should be considered the direction of forces. It becomes non-linear problem with the non-conservative force. The follower-force depends on the deformation and the direction of force is normal to each element. The solution process is obtained the new stiffness matrix (load correction matrix) depending on deformation through each iterated step. However, the stiffness matrix have not the symmetry and influence on the time of covergence. So in this paper Newton-Rhapson method for solving non-linear problem and for using symmetic matrix, the load direction is changed in each iterated step using the transformation matrix.
Krommer, Michael;Vetyukova, Yury;Staudigl, Elisabeth
Smart Structures and Systems
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제18권1호
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pp.155-181
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2016
In the present paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour of thin piezoelastic plates. The first part of the paper is concerned with the modelling of such plates. We discuss the constitutive modelling, starting with the three-dimensional constitutive relations within Voigt's linearized theory of piezoelasticity. Assuming a plane state of stress and a linear distribution of the strains with respect to the thickness of the thin plate, two-dimensional constitutive relations are obtained. The specific form of the linear thickness distribution of the strain is first derived within a fully geometrically nonlinear formulation, for which a Finite Element implementation is introduced. Then, a simplified theory based on the von Karman and Tsien kinematic assumption and the Berger approximation is introduced for simply supported plates with polygonal planform. The governing equations of this theory are solved using a Galerkin procedure and cast into a non-dimensional formulation. In the second part of the paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour for single term and multi term solutions of the non-dimensional equations. Finally, numerical results are presented using the Finite Element implementation for the fully geometrically nonlinear theory. The results from the simplified von Karman and Tsien theory are then verified by a comparison with the numerical solutions.
인발시험은 보강토 구조물의 설계에 있어 보강재와 흙사이의 강도 정수를 결정하는데 사용된다. 그러나 이 시험의 해석시 보강재를 따라 발생하는 전단강도가 일정한 것으로 가정하는데 이는 인발시험중 흙과 보강재 사이의 점진성 전단으로 인해 흙과 보강재의 전단-변위 관계 계산시 오류가 발생하게 된다. 구과 보강재 사이의 shear stiffness계산시 점진성전단의 영향을 평가하기 위하여 유한요소법으로 인발시헙을 해석하였다. 흙과 보강재는 선형과 비선형거동으로 채석하였고 shear stiffnss는 일반적인 방법으로 계산하였는데 수정된 shear stiffness와는 많은 차이가 있었으며 그 차이로 인해 유한요소해석의 결과가 달라지게 된다. 본 논문에서는 유한요소해석결과와 시험치를 비교 분석하였으며 개선된 인발시험 해극방법에 대하여 논하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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