A concept of hierarchical modeling, the newest modeling technology. has been introduced early In 1990. This nu technology has a goat potential to advance the capabilities of current computational mechanics. A first step to Implement this concept is to construct hierarchical models, a family of mathematical models which are sequentially connected by a key parameter of the problem under consideration and have different levels in modeling accuracy, and to investigate characteristics In their numerical simulation aspects. Among representative model problems to explore this concept are elastic structures such as beam-, arch-. plate- and shell-like structures because the mechanical behavior through the thickness can be approximated with sequential accuracy by varying the order of thickness polynomials in the displacement or stress fields. But, in the numerical analysis of hierarchical models, two kinds of errors prevail: the modeling error and the numerical approximation errors. To ensure numerical simulation quality, an accurate estimation of these two errors Is definitely essential. Here, a local a posteriori error estimator for elastic structures with thin domain such as plate- and shell-like structures Is derived using element residuals and flux balancing technique. This method guarantees upper bounds for the global error, and also provides accurate local error Indicators for two types of errors, in the energy norm. Comparing to the classical error estimators using flux averaging technique, this shows considerably reliable and accurate effectivity indices. To illustrate the theoretical results and to verify the validity of the proposed error estimator, representative numerical examples are provided.
A concept of hierarchical modeling, the newest modeling technology, has been introduced in early 1990's. This new technology has a great potential to advance the capabilities of current computational mechanics. A first step to implement this concept is to construct hierarchical models, a family of mathematical models sequentially connected by a key parameter of the problem under consideration and have different levels in modeling accuracy, and to investigate characteristics in their numerical simulation aspects. Among representative model problems to explore this concept are elastic structures such as beam-, arch-, plate- and shell-like structures because the mechanical behavior through the thickness can be approximated with sequential accuracy by varying the order of thickness polynomials in the displacement or stress fields. But, in the numerical, analysis of hierarchical models, two kinds of errors prevail, the modeling error and the numerical approximation error. To ensure numerical simulation quality, an accurate estimation of these two errors is definitely essential. Here, a local a posteriori error estimator for elastic structures with thin domain such as plate- and shell-like structures is derived using the element residuals and the flux balancing technique. This method guarantees upper bounds for the global error, and also provides accurate local error indicators for two types of errors, in the energy norm. Compared to the classical error estimators using the flux averaging technique, this shows considerably reliable and accurate effectivity indices. To illustrate the theoretical results and to verify the validity of the proposed error estimator, representative numerical examples are provided.
The present study is concerned with the arc-length method in the investigation of the large deflection behavior of spatial structures with composite materials. This study should be able to trace the main equilibrium path by automatically varying the arc-length size of individual solution steps with the variation of the curvature of the nonlinear equilibrium path. A quasi-elastic method is used for the solution for viscoelastic analysis of the reticulated spatial structures. Elastic modulus of composite materials is defined by micro mechanical materials modeling method and nonlinear equilibrium path is traced with various load types. To demonstrate the effectiveness of the present strategies, numerical examples of reticulated spatial truss is given and compared with solutions using other methods.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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pp.391-399
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2015
This study modeled the compressive strength and elastic modulus of hardened cement that had been treated with an expansive additive to reduce shrinkage, in order to determine the mechanical properties of the material. In hardened cement paste with an expansive additive, hydrates are generated as a result of the hydration between the cement and expansive additive. These hydrates then fill up the pores in the hardened cement. Consequently, a dense, compact structure is formed through the contact between the particles of the expansive additive and the cement, which leads to the manifestation of the strength and elastic modulus. Hence, in this study, the compressive strength and elastic modulus were modeled based on the concept of the mutual contact area of the particles, taking into consideration the extent of the cohesion between particles and the structure formation by the particles. The compressive strength of the material was modeled by considering the relationship between the porosity and the distributional probability of the weakest points, i.e., points that could lead to fracture, in the continuum. The approach used for modeling the elastic modulus considered the pore structure between the particles, which are responsible for transmitting the tensile force, along with the state of compaction of the hydration products, as described by the coefficient of the effective radius. The results of an experimental verification of the model showed that the values predicted by the model correlated closely with the experimental values.
The behavior of the soil subgrade is complex and irregular against loads. When modeling, the soil is often replaced by a more straightforward system called a subgrade model. The Winkler method of linear elastic springs is a popular method of soil modeling in which the spring constant shows the modulus of subgrade reaction. In this research, the factors affecting the distribution of the modulus of subgrade reaction of elastoplastic subgrades are examined. For this purpose, critical theories about the modulus of subgrade reaction were examined. A square raft foundation on a sandy soil subgrade with was analyzed at different internal friction angles and Young's modulus values using ABAQUS software. To accurately model the actual soil behavior, the elastic, perfectly plastic constitutive model was applied to investigate a foundation on discrete springs. In order to increase the accuracy of soil modeling, equations have been proposed for the distribution of the subgrade reaction modulus. The constitutive model of the springs is elastic, perfectly plastic. It was observed that the modulus of subgrade reaction under an elastic load decreased when moving from the corner to the center of the foundation. For the ultimate load, the modulus of subgrade reaction increased as it moved from the corner to the center of the foundation.
H. Mataich;A. El Amrani;J. El Mekkaoui;B. El Amrani
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.391-401
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2024
The present study focuses on the effect of extension-bending coupling on the elastic stability (buckling) of laminated composite plates. These plates will be loaded under uni-axial or bi-axial in-plane mechanical loads, especially in the orthotropic or anti-symmetric cross-angle cases. The main objective is to find a limit where we can approximate the elastic stability behavior of angularly crossed anti-symmetric plates by the simple behavior of specially orthotropic plates. The contribution of my present study is to predict the explicit effect of extension-flexion coupling on the elastic stability of this type of panel. Critically, a parametric study is carried out, involving the search for the critical buckling load as a function of deformation mode, aspect ratio, plate anisotropy ratio and finally the study of the effect of lamination angle and number of layers on the contribution of extension-flexure coupling in terms of plate buckling stability. We use first-order shear deformation theory (FSDT) with a correction factor of 5/6. Simply supported conditions along the four boundaries are adopted where we can develop closed-form analytical solutions obtained by a Navier development.
In the present study an elastic-plastic strain analysis is carried out for fibrous composites by using numerical modeling. Application of homogeneous transversely-isotropic model was chosen based on problem solution of a square plate with a circular hole under uniaxial tension. The results obtained in this study correspond to the solution of fiber model trial problem, as well as to analytical solution. Further, numerical algorithm and software has been developed, based on simplified theory of small elastic strains for transversely-isotropic bodies, and FEM. The influence of holes and cracks on stress state of complicated configuration transversely-isotropic bodies has been studied. Strain curves and plasticity zones that are formed in vicinity of the concentrators has been provided. Numerical values of effective mechanical parameters calculated for unidirectional composites at different ratios of fiber volume content and matrix. Content volume proportions of fibers and matrix defined for fibrous composite material that enables to behave as elastic-plastic body or as a brittle material. The influences of the fibrous structure on stress concentration in vicinity of holes on boron/aluminum D16, used as an example.
A micromechanics-based model to simulate the elastic and elastic-plastic behavior of granular soils is developed. The model accounts for the fabric anisotropy represented by the statistical parameter of the spatial distribution of contact normals, the evolution of fabric anisotropy as a function of stress ratio, the continuous change of the co-ordination number relating to the void ratio, and the elastic and elastic-plastic microscopic contact stiffness. Using the experimental data for metallic materials, the elastic-plastic contact stiffness is derived as a power function of the normal contact force as well as the contact force initiating the yielding of contact bodies. To quantitatively assess microscopic model parameters, approximate solutions of cross-anisotropic elastic moduli are derived in terms of the micromechanical parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.6
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pp.933-941
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1997
In the analysis of thin elastic structures such as plate and shell-like structures, classical lower-order theories like Kirchhoff and Reissner-Mindin theories are insufficient to describe the behavior of such structures in the region where the state of stresses is complex. On the other hand, the fully three dimensional theory of linear elasticity can provide desired analysis accuracy, but requires expensive computational implementation compared to the classical theories. This paper is concerned with the development of hierarchical models for elastic structures which can be used for hierarchical modeling for the analysis of such structures. Derivation and limit model analysis (when the thickness of structures tends to zero) of hierarchical models are presented together with a introduction of modeling error estimation. Also, numerical results supporting theoretical results are given.
The bathymetric and gravity data were obtained in 2001 and 2003 during a survey of seamounts in the northwest of the Marshall Islands, western Pacific. The study areas are located in the Pigafetta Basin which is the oldest part of the Pacific plate and in the Ogasawara Fracture Zone which formed from the spreading ridge between the Izanagi and Pacific plates in the Jurassic. The densities of seamounts and the elastic thickness values of the lithosphere are calculated by using three-dimensional flexure modeling considering the constant sediment layer in the infinite plate model. Very low elastic thickness values (5km), relatively young seamounts, and old lithosphere in the east study area suggest the possibility of the rejuvenation of lithosphere by widespread volcanisms, whereas the elastic thickness values (15km), relatively old seamounts, and young lithosphere of the west study area are suitable for a simple cooling plate model of $300-600^{\circ}C$ isotherm. The gravity residuals of OSM6-1 and OSM6-2 suggest the possibility of different load density or elastic thickness. Relatively older OSM6-2 formed on the younger lithosphere with relatively thin elastic thickness, while younger OSM6-1 on the older lithosphere with relatively thick elastic thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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