The mechanical behaviour of layered concrete samples containing an internal crack was numerically studied by modelling the geo-mechanical specimens in the particle flow code in two dimensions (PFC2D). The numerical modelling software was calibrated with the experimental results of the Brazilian tensile strengths gained from the laboratory disc-type specimens. Then, the samples with the bedding layers and internal notch were numerically simulated with PFC2D under uniaxial compressive loading. In each specimen, the layers' thickness was 10 mm but the layer's inclination angle was changed to 0°, 30°, 60°, 90°, 120° and 150°. Of course, the layers'interfaces are considered to have very low strengths. The internal notch was kept at 3 cm in length however, its inclination angle was changed to 0°, 40°, 60° and 90°. Therefore, a total, of 24 numerical models were made to study the failure mechanism of the layered concrete samples. Considering these results, it has been concluded that the inclination angles of both internal crack and bedding layers affect the failure mechanism and uniaxial compressive strength of the concrete.
In this paper, dynamic collapse behavior of the rectangular tube under impact loading is anlayzed using nonlinear finite element method of shell element. In case of shell element formulation using corotational element coordinates system, dynamic collapse behavior is analyzed without initial imperfection, and with initial imperfection. This paper reveals that the collapse of a rectangular tue without initial imperfection is caused by an error of transformation of the corotational coordinates system.
In the framework of meshfree methods, a new methodology is developed based on radial point interpolation method (RPIM). This methodology is applied to a one-dimensional contaminant transport modelling in the saturated porous media. The one-dimensional form of advection-dispersion equation involving reactive contaminant is considered in the analysis. The Galerkin weak form of the governing equation is formulated using 1D meshfree shape functions constructed using thin plate spline radial basis functions. MATLAB code is developed to obtain the numerical solution. Numerical examples representing various phenomena, which occur during migration of contaminants, are presented to illustrate the applicability of the proposed method and the results are compared with those obtained from the analytical and finite element solutions. The proposed RPIM has generated results with no oscillations and they are insensitive to Peclet constraints. In order to test the practical applicability and performance of the RPIM, three case studies of contaminant transport through the landfill liners are presented. A good agreement is obtained between the results of the RPIM and the field investigation data.
Helicopters and rotary-wing vehicles encounter a wide variety of complex aerodynamic phenomena and these phenomena present substantial challenges for computational fluid dynamics(CFD) models. This investigation presents the rotor aerodynamic analysis items for the helicopter development and variety aerodynamic analysis methods to provide the better solution to researchers and helicopter developers between aerodynamic problems and numerical aerodynamic analysis methods. The numerical methods to make an analysis of helicopter rotor are as below - CFD Modelling : actuator disk model, BET model, fully rotor model,... - Grid : sliding mesh, chimera mesh / structure mesh, unstructure mesh,... - etc. : panel method periodic boundary, quasi-steady simulation, incompressible,... The choice of CFD methodology and the numerical resolution for the overall problem have been driven mostly by available computer speed and memory at any point in time. The combination of the knowledge of aerodynamic analysis items, available computing power and choice of CFD methods now allows the solution of a number of important rotorcraft aerodynamics design problems.
This scientific paper provides a theoretical, numerical and experimental analysis of local stability of axially compressed columns made of thin-walled rectangular concrete-filled steel tubes (CFSTs), with the consideration of initial geometric imperfections. The work presented introduces the theory of elastic critical stresses in local buckling of rectangular wall members under uniform compression. Moreover, a numerical calculation method for the determination of the critical stress coefficient is presented, using a differential equation for a slender wall with a variety of boundary conditions. For comparison of the results of the numerical analysis with those collected by experiments, a new model is created to study the behaviour of the composite members in question by means of the ABAQUS computational-graphical software whose principles are based on the finite element method (FEM). In modelling the analysed members, the actual boundary and loading conditions and real material properties are taken into account, obtained from the experiments and material tests on these members. Finally, the results of experiments on such members are analysed and then compared with the numerical values. In conclusion, several recommendations for the design of axially compressed composite columns made of rectangular concrete-filled thin-walled steel tubes are suggested as a result of this comparison.
Lovisa, Amy C.;Wang, Vincent Z.;Henderson, David J.;Ginger, John D.
Wind and Structures
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제17권5호
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pp.495-513
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2013
Thin, high-strength steel roof cladding is widely used in residential and industrial low-rise buildings and is susceptible to failure during severe wind storms such as cyclones. Current cladding design is heavily reliant on experimental testing for the determination of roof cladding performance. Further study is necessary to evolve current design standards, and numerical modelling of roof cladding can provide an efficient and cost effective means of studying the response of cladding in great detail. This paper details the development of a numerical model that can simulate the static response of corrugated roof cladding. Finite element analysis (FEA) was utilised to determine the response of corrugated cladding subject to a static wind pressure, which included the anisotropic material properties and strain-hardening characteristics of the thin steel roof cladding. The model was then validated by comparing the numerical data with corresponding experimental test results. Based on this comparison, the model was found to successfully predict the fastener reaction, deflection and the characteristics in deformed shape of the cladding. The validated numerical model was then used to predict the response of the cladding subject to a design cyclone pressure trace, excluding fatigue effects, to demonstrate the potential of the model to investigate more complicated loading circumstances.
The characteristic response of a structure to blast load may be divided into two distinctive phases, namely the direct blast response during which the shock wave effect and localized damage take place, and the post-blast phase whereby progressive collapse may occur. A reliable post-blast analysis depends on a sound understanding of the direct blast effect. Because of the complex loading environment and the stress wave effects, the analysis on the direct effect often necessitates a high fidelity numerical model with coupled fluid (air) and solid subdomains. In such a modelling framework, an appropriate representation of the blast load and the high nonlinearity of the material response is a key to a reliable outcome. This paper presents a series of calibration study on these two important modelling considerations in a coupled Eulerian-Lagrangian framework using a hydrocode. The calibration of the simulated blast load is carried out for both free air and internal explosions. The simulation of the extreme dynamic response of concrete components is achieved using an advanced concrete damage model in conjunction with an element erosion scheme. Validation simulations are conducted for two representative scenarios; one involves a concrete slab under internal blast, and the other with a RC column under air blast, with a particular focus on the simulation sensitivity to the mesh size and the erosion criterion.
The reliable prediction of elastic vibrations of wetted complex structures, as ships, tanks, offshore structures, propulsion components etc. represent a theoretical and numerical demanding task due to fluid-structure interaction. The paper presented is addressed to the vibration analysis by a combined FE-BE-procedure based on the added mass concept utilizing a direct boundary integral formulation of the potential fluid problem in interior and exterior domains. The discretization is realized by boundary element collocation method using conventional as well as infinite boundary element formulation with analytical integration scheme. Particular attention is devoted to modelling of interior problems with both several separate or communicating fluid domains as well as thin-walled structures wetted on both sides. To deal with this specific kind of interaction problems so-called "virtual" boundary elements in areas of cut outs are placed to satisfy the kinematical conditions in partial connected fluid domains existing in realistic tank systems. Numerical results of various theoretical and practical examples demonstrate the performance of the BE-methodology presented.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Computers and Concrete
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제15권3호
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pp.373-389
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2015
The development of a finite element model for the geometric and material nonlinear analysis of bonded prestressed concrete continuous beams is presented. The nonlinear geometric effect is introduced by the coupling of axial and flexural fields. A layered approach is applied so as to consider different material properties across the depth of a cross section. The proposed method of analysis is formulated based on the Euler-Bernoulli beam theory. According to the total Lagrangian description, the constructed stiffness matrix consists of three components, namely, the material stiffness matrix reflecting the nonlinear material effect, the geometric stiffness matrix reflecting the nonlinear geometric effect and the large displacement stiffness matrix reflecting the large displacement effect. The analysis is capable of predicting the nonlinear behaviour of bonded prestressed concrete continuous beams over the entire loading stage up to failure. Some numerical examples are presented to demonstrate the validity and applicability of the proposed model.
In the paper the analysis of natural vibrations of the transmission line with use of spectral elements and the laboratory experiments is performed. The purpose of the investigation is to analyze the natural vibrations of the transmission line and compare with the results obtained in the numerical simulations. Particular attention is paid to the hysteretic and aerodynamic damping analysis. Sensitivity of the wave number is performed for changing of the tension force, as well as for the different damping parameters. The numerical model is made using the Spectral Element Method. In the spectral model, for various parameters of stiffness, damping and tension force, the system response is checked and compared with the results of the accelerations obtained in the measurements. A frequency response functions (FRF) are calculated. The credibility of the model is assessed through a validation process carried out by comparing graphical plots of FRF and time history analysis and numerical values expressing differences in acceleration amplitude (MSG), phase angle differences (PSG) and differences in acceleration and phase angle total (CSG) values. The next aspect constituting the purpose of this paper is to present the wide possibilities of modelling and simulation of slender conductors using the Spectral Element Method. The obtained results show good accuracy in the range of both experimental measurements as well as simulation analysis. The paper emphasizes the ease with which the sensitivity of the conductor and its response to changes in density of spectral mesh division, tensile strength or material damping can be studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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