In recent years, study of the static response of pavements to moving vehicle and aircraft loads has received significant attention because of its relevance to the design of pavements and airport runways. The static response of beams resting on an elastic foundation and subjected to moving loads was studied by several researchers in the past. However, most of these studies were limited to steady-state analytical solutions for infinitely long beams resting on Winkler-type elastic foundations. Although the modelling of subgrade as a continuum is more accurate, such an approach can hardly be incorporated in analysis due to its complexity. In contrast, the two-parameter foundation model provides a better way for simulating the underlying soil medium and is conceptually more appealing than the one-parameter (Winkler) foundation model. The finite element method is one of the most suitable mathematical tools for analysing rigid pavements under moving loads. This paper presents an improved solution algorithm based on the finite element method for the static analysis of rigid pavements under moving vehicular or aircraft loads. The concrete pavement is discretized by finite and infinite beam elements, with the latter for modelling the infinity boundary conditions. The underlying soil medium is modelled by the Pasternak model allowing the shear interaction to exist between the spring elements. This can be accomplished by connecting the spring elements to a layer of incompressible vertical elements that can deform in transverse shear only. The deformations and forces maintaining equilibrium in the shear layer are considered by assuming the shear layer to be isotropic. A parametric study is conducted to investigate the effect of the position of moving loads on the response of pavement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.555-567
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2013
A finite element formulation for a Rayleigh-damped Bernoulli-Euler beam subjected to support motions, which accompanies quasi-static rigid-body motion, is presented by using the quasi-static decomposition method. Moving support beam elements, one of whose nodes is coincident with the moving support, are developed to represent the effect of a moving support. Statically determinate beams subjected to support motions can be modeled successfully by using moving support elements. Examples of cantilever and simply-supported beams subjected to support motions are illustrated, and the numerical results are compared with the analytical solutions. The comparison shows good agreement.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.2
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pp.115-125
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2012
Application of the Object-oriented Programming (OOP) method to the Finite Element Model (FEM) program has various strengths including the features of encapsulation, polymorphism and inheritance. However, this technique should be based upon a premise that the independency of the object method and data to be used is guaranteed. By attempting to apply the OOP to the FEM, existing researches go against the independency of the OOP which is an essential feature of the method. The reason is this: existing researches apply the OOP to modules in accordance with analysis procedures, although the data to be used is classified as an element unit in the FEM. Therefore, the required independency cannot be maintained as whole stiffness matrices and boundary conditions are combined together. Also, solutions are sought from analysis module after data is regrouped at the pre-processor, and their results are analyzed during the post-processor. As this is similar to a batch processing, it cannot use data at analysis, and recalculation should be done from the beginning if any condition is changed after the analysis is complete, which are limitations of the existing researches. This research implemented the Object-orientation of elements so that the three features of the OOP (i.e. encapsulation, polymorphism and inheritance) can be guaranteed and their independency maintained as a result. For this purpose, a model called 'Object-oriented Finite element Model ensuring the Independency of Elements (OFMIE)', which enables the analysis of targets through mutual data exchanges within instance, was developed. In conclusion, the required independency was achieved in the instance of the objected elements and the analysis results of previous conditions could be used for the analysis after changes. The number of repetitive calculations was reduced by 75 per cent through this gradual analysis processes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.3
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pp.89-98
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1987
Analyzed by using finite element method was 2-dimensional pollutant transtport phenomenon considering longitudinal and lateral direction in river. The Galerkin's finite element method based on linear interpolation is used and triangle is adopted as an element. In a number of model test attempts it has been demonstrated that the results calculated by the model are in good agreement with analytical solutions in a simplified channel where there is a known solution available. Actual application of the model is attempted along the 9km reach of the Han River considering the influx of the Tan Cheon and the Joongryang Cheon. The resultant 2-dimensional BOD concentrations profile in the reach is exhibiting more realistically the field situations than conventional 1-dimensional models are.
This paper proposes a novel topology optimization method generating multiple materials for external linear plane crack structures based on the combination of IsoGeometric Analysis (IGA) and eXtended Finite Element Method (X-FEM). A so-called eXtended IsoGeometric Analysis (X-IGA) is derived for a mechanical description of a strong discontinuity state's continuous boundaries through the inherited special properties of X-FEM. In X-IGA, control points and patches play the same role with nodes and sub-domains in the finite element method. While being similar to X-FEM, enrichment functions are added to finite element approximation without any mesh generation. The geometry of structures based on basic functions of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) provides accurate and reliable results. Moreover, the basis function to define the geometry becomes a systematic p-refinement to control the field approximation order without altering the geometry or its parameterization. The accuracy of analytical solutions of X-IGA for the crack problem, which is superior to a conventional X-FEM, guarantees the reliability of the optimal multi-material retrofitting against external cracks through using topology optimization. Topology optimization is applied to the minimal compliance design of two-dimensional plane linear cracked structures retrofitted by multiple distinct materials to prevent the propagation of the present crack pattern. The alternating active-phase algorithm with optimality criteria-based algorithms is employed to update design variables of element densities. Numerical results under different lengths, positions, and angles of given cracks verify the proposed method's efficiency and feasibility in using X-IGA compared to a conventional X-FEM.
Battista, Ronaldo C.;Varela, Wendell D.;Gonzaga, Igor Braz N.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.4
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pp.577-588
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2022
Oil refineries' Fluid Catalytic Cracking Units (FCCU) when in full operation may exhibit strong fluid dynamics caused by turbulent flow in the piping system that may induce vibrations in other mechanical and structural components of the Unity. This paper reports on the experimental-theoretical-computational program performed to get the vibration properties and the dynamic response amplitudes to find out alternative solutions to attenuate the excessive vibrations that were causing fatigue fractures in components of the bottle like reactor-regenerator of an FCC unit in operation in an existing oil refinery in Brazil. Solutions to the vibration problem were sought with the aid of a 3D finite element model calibrated with the results obtained from experimental measurements. A short description of the found solutions is given and their effectiveness are shown by means of numerical results. The solutions were guided by the concepts of structural stiffening and dynamic control performed by a nonlinear pendulum controller whose mechanical design was based on parameters determined by means of a parametric study carried out with 2D and 3D mathematical models of the coupled pendulum-structure system. The effectiveness of the proposed solutions is evaluated in terms of the fatigue life of critical welded connections.
In the case of a rail road bridge extension work, especially single track to double track, the foundation of new substructure which supports the extended part of superstructure could be interfered by the exist foundation of an old bridge. When these two foundations are jointed to prevent such fatal effects of the structure as unequal subsidence of soil foundations, it is important to prove the structural behaviour of the joining surfaces between new foundation and old foundation. 3-Dimensional Finite Element Analysis Method have been studied for the solutions of the structural behaviour of the foundations. In this analysis, 'Contact Element' which allows the sliding of each adjoining member is used for the joint of the boundary surface of the old and new pier foundations. Furthermore, Material Nonlinear Behaviour Analysis also supports the accuracy of the result in this study because the foundations consist of concrete main bodies and reinforced steel bars. These detailed analyses secure the verification of the structural safety of the foundations in the extension work more firmly.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.28
no.1
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pp.79-92
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1992
This is analyzed using the finite element method which is appling excellent isoparametric curve element in the aspect of large usages of dynamic responses in which is regarding geometric and material nonlinear of a large scale shell structure of an airplane, a submarine, a ship, and an ocean structure. The solution of dynamic equations is got by direct integration method using time-stepping procedure and regarding Central Difference Method of the both solutions. But because formal matrix factorization is not necessary in each time step and it does not take less time to compute relatively, this method must be regarded very few time steps on the condition. Axisymmatric shell problems are inspected using 8 node Isoparametric element in this paper. Partial axisymmatric spherical shell is used as a model to analyze axisymmatric nonlinear dynamic behavior regarding. Total Lagrangian formulation in geometric nonlinear behavior and elastio-viscoplastic in material nonlinear behavior.
Stress intensity factors for a rigid line inclusion tying along a bimaterial interface are calculated by the boundary element method with the multiregion and double-Point techniques. The formula between the stress intensity factors and the inclusion surface stresses are derived. The numerical values of the stress intensity factors for the bimaterial interface rigid line inclusion in the infinite body are proved to be in good agreement within 3% when compared with the previous exact solutions. In the finite bimaterial systems, the stress intensity factors for the center and edge rigid line inclusions at interface are computed with the variation of the rigid line inclusion length and the shear modulus ratio under the biaxial and uniaxial loading conditions.
Exact dynamic stiffness model for a uniform straight pipeline conveying unsteady fluid is formulated from a set of fully coupled pipe-dynamic equations of motion, in which the fluid pressure and velocity of internal flow as well as the transverse and axial displacements of the pipeline are all treated as dependent variables. The accuracy of the dynamic stiffness model formulated herein is first verified by comparing its solutions with those obtained by the conventional finite element model. The spectral element analysis based on the present dynamic stiffness model is then conducted to investigate the effects of fluid parameters on the dynamics and stability of an example pipeline problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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