Despite a widely-held belief that the finite element method is the method for the solution of solid mechanics problems, which has for 30 years dissuaded solid mechanics scientists from paying any attention to the finite volume method, it is argued that finite volume methods can be a viable alternative. It is shown that it is simple to understand and implement, strongly conservative, memory efficient, and directly applicable to nonlinear problems. A number of examples are presented and, when available, comparison with finite element methods is made, showing that finite volume methods can be not only equal to, but outperform finite element methods for many applications.
Generally, mass concrete structural behavior is governed by the strain components. However, relevant guidelines in dam engineering evaluate the structural behavior of concrete dams using stress-based criteria. In the present study, strain-based criteria are proposed for the first time in a professional manner and their applicability in seismic failure evaluation of an arch dam are investigated. Numerical model of the dam is provided using NSAD-DRI finite element code and the foundation is modeled to be massed using infinite elements at its far-end boundaries. The coupled dam-reservoir-foundation system is solved in Lagrangian-Eulerian domain using Newmark-${\beta}$ time integration method. Seismic performance of the dam is investigated using parameters such as the demand-capacity ratio, the cumulative inelastic duration and the extension of the overstressed/overstrained areas. Real crack profile of the dam based on the damage mechanics approach is compared with those obtained from stress-based and strain-based approaches. It is found that using stress-based criteria leads to conservative results for arch action while seismic safety evaluation using the proposed strain-based criteria leads to conservative cantilever action.
El Abbas, Nadia;Khamlichi, Abdellatif;Bezzazi, Mohammed
Coupled systems mechanics
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v.5
no.4
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pp.285-304
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2016
The effects of large rotations and p-delta on the dynamic response of a structure subjected to seismic loading and local uplift of its foundation were analyzed in this work. The structure was modeled by an equivalent flexible mat mounted on a rigid foundation that is supported either by a Winkler soil type or a rigid soil. The equations of motion of the system were derived by taking into account the equilibrium of the coupled foundation-mat system where the structure was idealized as a single-degree-of-freedom. The obtained nonlinear coupled system of ordinary differential equations was integrated by using an adequate numerical scheme. A parametric study was performed then in order to evaluate the maximum response of the system as function of the intensity of the earthquake, the slenderness of the structure, the ratio of the mass of the foundation to the mass of the structure. Three cases were considered: (i) local uplift of foundation under large rotation with the p-delta effect, (ii) local uplift of foundation under large rotation without including the p-delta effect, (iii) local uplift of foundation under small rotation. It was found that, in the considered ranges of parameters and for moderate earthquakes, assuming small rotation of foundation under seismic loading can yield more adverse structural response, while the p-delta effect has almost no effect.
Huang, Ying;Chen, Chang Hong;Keer, Leon M.;Yao, Yao
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.2
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pp.205-212
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2017
Based on the coupled elastic bending deformation features and relationships between the internal force and deformation of pre-twisted Euler beam, the generalized strain, the equivalent constitutive equation and the equilibrium equation of pre-twisted Euler beam are developed. Based on the properties of the dual-antisymmetric matrix, the general solution of pre-twisted Euler beam is obtained. By comparison with ANSYS solution by using straight Beam-188 element based on infinite approach strategy, the results show that the developed method is available for pre-twisted Euler beam and also provide an accuracy displacement interpolation function for the subsequent finite element analysis. The effect of pre-twisted angle on the mechanical property has been investigated.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.3-26
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2009
Superloading yield surface concept is newly introduced together with subloading yield surface conception in order to describe full gradation continuously of the mechanical behavior of soils from typical sand through intermediate soil to typical clay (All Soils). Finite deformation theory has been applied to the soil skeleton-pore water coupled continuum mechanics, which enables us to discuss things in a perpetual stream from stable state to unstable state like from deformation to failure and vice versa like from liquefaction to post liquefaction consolidation of sand (All States). Incremental form of the equation of motion has been employed in the continuum mechanics in order to incorporate a rate type constitutive equation, which is "All Round" enough to predict ground behavior under both static and dynamic conditions. The present paper is the shortened version of the lecture note delivered in 2008 Theoretical and Applied Mechanics Conference, Science Council Japan, but with newly developed application examples.
The non-linear static and dynamic response of doubly curved thin isotropic shells has been studied for the step and sinusoidal loadings. Dynamic analogues Von Karman-Donnel type shell equations are used. Clamped immovable and simply supported immovable boundary conditions are considered. The governing nonlinear partial differential equations of the shell are discretized in space and time domains using the harmonic differential quadrature (HDQ) and finite differences (FD) methods, respectively. The accuracy of the proposed HDQ-FD coupled methodology is demonstrated by the numerical examples. Numerical examples demonstrate the satisfactory accuracy, efficiency and versatility of the presented approach.
The paper deals with a model founded on the physical processes in concrete subject to high temperatures. The model is developed in the framework of continuum damage mechanics and the theory of porous media and is demonstrated on selected structures. The model comprises balance equations for heat transfer, mass transfer of water and vapour, for linear momentum and for reaction. The balance equations are completed by constitutive equations considering the special behaviour of concrete at high temperatures. Furthermore, the limitation and decline of admissible stresses is achieved by using a composed, temperature depending crack surface with a formulation for the damage evolution. Finally, the complete coupled model is applied to several structures and to different concrete in order to determine their influence on the high-temperature-behaviour.
Theoretical analysis Is carried out to identify the modal coupling effect between some particular acoustic modes of a vehicle compartment cavity and vibration modes of body panels like side doors, roof or floor. A simplified panel-cavity coupled model is investigated on the coupled resonance frequencies, modes and frequency response characteristics. Through parametric study, It Is possible to explain how the acoustic response of a coupled system will be determined by the vibration and acoustic property of the individual panel and cavity system. Full coupled system shows some interesting features different from those of the semi-coupled system In frequency, mode and acoustic response.
The aim of this contribution is to present a new link/beam finite element suitable for electrothermo-structural analysis of uni-axially graded materials. Continuous polynomial variation of geometry and material properties will be considered. The element matrix and relations for solution of Joule's heat (and its distribution to the element nodes) have been established in the sense of a sequence method of a coupled problem solution. The expression for the solution of nodal forces caused by a continuously distributed temperature field has also been derived. The theoretical part of this contribution is completed by numerical validation, which proves the high accuracy and effectiveness of the proposed element. The results of the performed experiments are compared with those obtained using the more expensive multiphysical link element and solid element of the FEM program Ansys. The proposed finite element could be used not only in the multiphysical analysis of the current paths and actuators but also in analysis of other 1D construction parts made of composite or uni-axially graded materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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