The finite element method (FEM) is suitable for the analysis of a complicated region that includes nonlinear materials, whereas the boundary element method (BEM) is naturally effective for analyzing a very large region with linear characteristics. Therefore, considering the advantages in both methods, a novel algorithm for the alternate application of the FEM and BEM to magnetic field problems with the open boundary is presented. This approach avoids the disadvantages of the typical numerical methods with the open boundary problem such as a great number of unknown values for the FEM and non-symmetric matrix for the Hybrid FE-BE method. The solution of the overall problems is obtained by iterative calculations accompanied with the new acceleration method.
The use of non-linear analysis of structures in a functional way for evaluating the structural seismic behavior has attracted the attention of the engineering community in recent years. The most commonly used functional method for analysis is a non-linear static method known as the "pushover method". In this study, for the first time, a cyclic pushover analysis with different loading protocols was used for seismic investigation of curved bridges. The finite element model of 8-span curved bridges in plan created by the ZEUS-NL software was used for evaluating different pushover methods. In order to identify the optimal loading protocol for use in astatic non-linear cyclic analysis of curved bridges, four loading protocols (suggested by valid references) were used. Along with cyclic analysis, conventional analysis as well as adaptive pushover analysis, with proven capabilities in seismic evaluation of buildings and bridges, have been studied. The non-linear incremental dynamic analysis (IDA) method has been used to examine and compare the results of pushover analyses. To conduct IDA, the time history of 20 far-field earthquake records was used and the 50% fractile values of the demand given the ground motion intensity were computed. After analysis, the base shear vs displacement at the top of the piers were drawn. Obtained graphs represented the ability of a cyclic pushover analysis to estimate seismic capacity of the concrete piers of curved bridges. Based on results, the cyclic pushover method with ISO loading protocol provided better results for evaluating the seismic investigation of concrete piers of curved bridges in plan.
Minimum weight design of the boom of an excavator with stress and displacement constraints was performed. The procedure of analysis consists of the following steps. The finite element model of the boom was built up by using 227 triangular plate elements each of which has three nodes. And then the finite element program was implemented and its accuracy was verified by comparing its results with those of the commercial structural analysis package-ANSYS 4.4A. For the constraints of stresses and displacements, the design sensitivities of those were computed using direct differentiation method. To verify the reliability of them the results were compared with those of the finite difference method. The optimum design value was obtained by using PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu-Arora)non-linear optimization program which adopts the active set strategy. Using the above results, minimum weight design of an excavator boom showed an effect of 27% reduction in weight.
Kim, Jee-In;Na, Yoo-Mi;Kang, Joo-Won;Lee, Jae-Hong
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.77-85
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2012
The membrane structure maintains stable form by giving initial tension to ductile membrane and increasing the stiffness of exterior that is much adopted in the large span spatial structure by making its thickness thin. This kind of membrane structure has characteristic that can express free-form curve, so the selection of structural form is very important. So, this paper proposes the expression of free-form surface based on NURBS basis function and the finite element method considering geometrical nonlinearity for the deduction of large deformation result. Also, for minimizing the approximation of the surface that is derived from the form-finding result, the interface method that change finite element mesh to NURBS is proposed. So, the optimum surface of free-form membrane is derived.
Shang, Shen;Yun, Gun Jin;Kunchum, Shilpa;Carletta, Joan
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.4
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pp.471-494
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2013
In this paper, identification of isotropic and orthotropic linear elastic material constitutive parameters has been demonstrated by a FEA-free energy-based inverse analysis method. An important feature of the proposed method is that it requires no finite element (FE) simulation of the tested material. Full-field displacements calculated using digital image correlation (DIC) are used to compute DIC stress fields enforcing the equilibrium condition and DIC strain fields using interpolation functions. Boundary tractions and displacements are implicitly recast into an objective function that measures the energy residual of external work and internal elastic strain energy. The energy conservation principle states that the residual should be zero, and so minimizing this objective function inversely identifies the constitutive parameters. Synthetic data from simulated testing of isotropic materials and orthotropic composite materials under 2D plane stress conditions are used for verification of the proposed method. When identifying the constitutive parameters, it is beneficial to apply loadings in multiple directions, and in ways that create non-uniform stress distributions. The sensitivity of the parameter identification method to noise in both the measured full-field DIC displacements and loadings has been investigated.
Existing methods to estimate the probability of seismic pounding occurrence of adjacent buildings do not account for nonlinear behavior or only apply to simple lumped mass systems. The present study proposes an efficient method based on subset simulation for fragility and risk assessment of seismic pounding occurrence between nonlinear adjacent buildings neglecting pounding effects with application to finite element models. The proposed method is first applied to adjacent buildings modeled as elastoplastic systems with substantially different dynamic properties for different structural parameters. Seismic pounding fragility and risk of adjacent frame structures with different floor levels is then assessed, paying special attention to modeling the non-linear material behavior in finite element models. Difference in natural periods and impact location are identified to affect the pounding fragility simultaneously. The reliability levels of the minimum code-specified separation distances are also determined. In addition, the incremental dynamic analysis method is extended to assess seismic pounding fragility of the adjacent frame structures, resulting in higher fragility estimates for separation distances larger than the minimum code-specified ones in comparison with the proposed method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.1
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pp.27-36
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1990
Two beam/column elements in order to analyze the geometric nonlinear plane framed structures including the effects of transverse shear deformation and bending stretching coupling are developed. In the case of the first element (finite segment method), tangent stiffness matrix are derived by directly integrating the equilibrium equations whereas in the case of the second element (finite element method) elastic and geometric stiffness matrices are calculated by using the hermitian polynomials including shear deformation effect as the shape function. Both elements possess the usual six degree of freedoms. Numerical results are presented for the selected test problems which demonstrate that both elements represent reliable and highly accurate tools.
O-ring seal is widely used for sealing pressure vessels and oil containers in various applications of mechanical equipments. The doughnut shape of the O-ring is very important components in most of the system assembly of mechanical apparatus. This paper presents the sealing force of a pressurized perfluoroelastomer O-ring, which is very important contact seal in sealing the semiconductor equipment. The sealing pressure is measured by experimental method and analyzed numerically by using the non-linear MARC finite element program. The seal tester is made to measure the contact force and displacement of the O-ring with an automatic control system of the working temperature. The results show the reasonable agreements between the computed FEM results and measured ones when the operating temperature is moderate temperature. But the compared values between the computed and tested results show a difference because of the increased temperature, which is related to the non-linear parameter of the O-ring material.
Orthotropic laminates, such as [$0^{\circ}6$/$90^{\circ}6$]s and [$90^{\circ}6$/$0^{\circ}6$]s, were performed, using a commercial nonlinear finite element method. Interlaminar stress distributions, around the hole curve free-edge, were calculated. The delamination bearing strengths of pin joints were predicted, using the modified delamination failure criterion. These stress distributions were presented along the radial lines and around the free-edge of the hole. Further, three-dimensional non-linear contact analysis of orthotropic laminates was conducted to investigate the effect of friction. In this paper, laminates with a circular hole were taken to study interlaminar stresses the curved edge. This study may assist in the design of a thick composite laminate with mechanically pin joints.
The paper presents the thermo-mechanically induced non-linear response of multiwall carbon nanotube reinforced laminated composite beam (MWCNTRCB) supported by elastic foundation using higher order shear deformation theory and von-Karman non-linear kinematics. The elastic properties of MWCNT reinforced composites are evaluated using Halpin-Tsai model by considering MWCNT reinforced polymer matrix as new matrix by dispersing in it and then reinforced with E-glass fiber in an orthotropic manner. The laminated beam is supported by Pasternak elastic foundation with Winkler cubic nonlinearity. A generalized static analysis is formulated using finite element method (FEM) through principle of minimum potential energy approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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