There are two types of nonlinear analysis methods for building frameworks depending on the method of modeling the plastification of members including lumped plasticity and distributed plasticity. The lumped plasticity method assumes that plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements. The distributed plasticity method discretizes the structural members into many line segments, and further subdivides the cross-section of each segment into a number of finite elements. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread form the joint interface resulting in a curvature distribution. The program IDARC includes a spread plasticity formulation to capture the variation of the section flexibility, and combine them to determine the element stiffness matrix. In this formulation, the flexibility distribution in the structural elements is assumed to be the linear. The main objective of this study is to evaluate the accuracy of linear flexibility distribution assumed in the spread inelasticity model. For this purpose, nonlinear analysis of two reinforced concrete frames is carried out and the linear flexibility models used in the elements are compared with the real ones. It is shown that the linear flexibility distribution is incorrect assumption in cases of significant gravity load effects and can be lead to incorrect nonlinear responses in some situations.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
There are two methods to model the plastification of members comprising lumped and distributed plasticity. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread from the joint interface resulting in a curvature distribution; therefore, the lumped plasticity methods assuming plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements, cannot model the actual behavior of reinforced concrete members. Some spread plasticity models including uniform, linear and recently power have been developed to take extended inelastic zone into account. In the aforementioned models, the extended inelastic zones in proximity of critical sections assumed close to connections are considered. Although the mentioned assumption is proper for the buildings simply imposed lateral loads, it is not appropriate for the gravity load effects. The gravity load effects can influence the inelastic zones in structural elements; therefore, the plasticity models presenting the flexibility distribution along the member merely based on lateral loads apart from the gravity load effects can bring about incorrect stiffness matrix for structure. In this study, the linear flexibility distribution model is improved to account for the distributed plasticity of members subjected to both gravity and lateral load effects. To do so, a new model in which, each member is taken as one structural element into account is proposed. Some numerical examples from previous studies are assessed and outcomes confirm the accuracy of proposed model. Also comparing the results of the proposed model with other spread plasticity models illustrates glaring error produced due to neglecting the gravity load effects.
A large crank shaft for ship engine consists of several components, such as throw, jornal, pin and flange. These compoents are individually made by open-die forging followed by machining and they are thermally fitted to form the crankshaft. In the present investigation, it was attempted to design an optimum preform for the throw by use of the spread coefficient. The spread coefficient found in the literature was confirmed by comparison with experimental results using plasticine. However, the preform designed by the spread coefficient was unable to produce the final product. The reason was found that the spread coefficient differs distinctly for the magnitude of bite ratio. Therefore, another spread coefficient, especially for low bite ratios, was proposed and the preform was redesigned. It was found that the new preform was able to produce the final product.
A finite element procedure to estimate ultimate strength of space frames considering spread of plasticity is presented. The improved displacement field is introduced based on inclusion of second order terms of finite rotations. All the nonlinear terms due to bending and torsional moment as well as axial force are precisely considered. The concept of plastic hinge is introduced and the incremental load/displacement method is applied for the elasto-plastic analysis. The initial yield surface is defined based on the residual stress and the full plastification surface is considered under the combined action of axial force, bending and torsional moments. The elasto-plastic stiffness matrices are derived using the flow rule and the normality condition of the limit function. Finite element solutions for ultimate strength of space frames are compared with available solutions and experimental results.
Profile ring rolling process is simulated by using the general purpose commercial finite element analysis software MSC.Superform Because the deforming region is restricted to the vicinity of the roll gap, only a ring segment spanning the roll gap is analysed in order to save computation time and cost. A profile ring with an external round groove is chosen as an example to be analysed. The rolls with and without groove were analysed to compare the amount of side spread. It is found that the grooves in the rolls reduce the amount of side spread.
To increase dimensional accuracy of strip width, model to compensate width spread during roughing mill has been developed. To measure the amount of width spread during the production rolling more precisely, special roughing rolling procedures for the horizontal rolling and dog-bone rolling were designed in the actual production mill. From the operational data analysis, it is known that the prime factors influencing on the width spread were strip width, strip thickness, edging amount, number of pass and type of edger roll etc., Based upon the statistical analysis of rolling data, new models which can predict width spread during horizontal rolling and dog-bone rolling were developed and tested on the actual processing conditions for the reliability. The application test showed that newly developed model gave fairly accurate predictions on the width spread during roughing passes.
This study presents a new beam-column model comprising material nonlinearity and joint flexibility to predict the nonlinear response of reinforced concrete structures. The nonlinear behavior of connections has an outstanding role on the nonlinear response of reinforced concrete structures. In presented research, the joint flexibility is considered applying a rotational spring at each end of the member. To derive the moment-rotation behavior of beam-column connections, the relative rotations produced by the relative slip of flexural reinforcement in the joint and the flexural cracking of the beam end are taken into consideration. Furthermore, the considered spread plasticity model, unlike the previous models that have been developed based on the linear moment distribution subjected to lateral loads includes both lateral and gravity load effects, simultaneously. To confirm the accuracy of the proposed methodology, a simply-supported test beam and three reinforced concrete frames are considered. Pushover and nonlinear dynamic analysis of three numerical examples are performed. In these examples the nonlinear behavior of connections and the material nonlinearity using the proposed methodology and also linear flexibility model with different number of elements for each member and fiber based distributed plasticity model with different number of integration points are simulated. Comparing the results of the proposed methodology with those of the aforementioned models describes that suggested model that only uses one element for each member can appropriately estimate the nonlinear behavior of reinforced concrete structures.
점진적 소성화를 고려한 공간뼈대구조의 극한강도를 평가하기 위한 비선형 유한요소 해석법을 제시한다. 유한한 회전각의 2차항 까지 고려된 개선된 변위장을 도입하여 결과적으로 축력뿐만 아니라 휨모멘트 그리고 비틂모멘트에 의한 비선형 효과를 모두 고려한다. 탄-소성 해석을 위하여 소성힌지 개념을 도입하고 비선형 해석방법으로 하중 및 변위증분법을 이용한다. 잔류응력 분포에 의거한 초기항복함수를 정의하고 축력뿐만 아니라 모멘트의 함수로 표현되는 소성영역함수를 사용하여 flow rule과 normality condition을 적용하여 탄-소성 강도매트릭스를 도출한다. 계산시간이 빠른 기존의 소성힌지 해석기법을 사용하는 동시에 소성영역의 진전효과를 효율적으로 나타내었다. 요소의 소성화 진행정도를 나타내는 파라미터를 도입하고 여러 가지 강도감소모델을 사용하여 극한해석을 수행하여 그 결과를 소성영역해석, 쉘요소를 이용한 정밀해석 그리고 실험결과와 비교하였다.
Dimensional accuracy of hot coil is improved by precise control of thickness profiles, flatness, width and winding profile. Especially, precise width control is important because yield could be increased significantly. Precise width control can be improved by predicting the amount of width spread. The purpose of this study is to develop the advanced prediction model for width spread in hot finish rolling for controlling width precisely. FE-simulations were performed to investigate the effect of process variables on width spread such as reduction ratio, forward and backward tension and initial width at each stand. From the statistical analysis of simulated data, advanced model was developed based on the existing models for strip width spread. The experimental hot rolling trials showed that newly developed model provided fairly accurate predictions on the strip width spread during the whole hot finishing rolling process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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