Beam-to-column connections behaviour plays an important role in the analysis and design of steel and precast concrete structures. The paper presents a computer-based method for geometrically nonlinear frames with semi-rigid beam-to-column connections. The analytical procedure employs modified stability functions to model the effect of axial force on the stiffness of members. The member modified stiffness matrix, and the modified fixed end forces for various loads were found. The linear and nonlinear analyses were applied for two planar steel structures. The method is readily implemented on a computer using matrix structural analysis techniques and is applicable for the efficient nonlinear analysis of frameworks.
This paper examines the application of artificial neural networks (ANN) to the response prediction of geometrically nonlinear truss structures. Two types of analysis (deterministic and probabilistic analyses) are considered. A three-layer feed-forward backpropagation network with three input nodes, five hidden layer nodes and two output nodes is firstly developed for the deterministic response analysis. Then a back propagation training algorithm with Bayesian regularization is used to train the network. The trained network is then successfully combined with a direct Monte Carlo Simulation (MCS) to perform a probabilistic response analysis of geometrically nonlinear truss structures. Finally, the proposed ANN is applied to predict the response of a geometrically nonlinear truss structure. It is found that the proposed ANN is very efficient and reasonable in predicting the response of geometrically nonlinear truss structures.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.24
no.5
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pp.699-711
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2012
An undergraduate course named computational structural analysis becomes more significant in recent years because of its important role in industries and the recent innovation in computer technology. Typically, the course consists of introduction to finite element method, utilization of general purpose finite element software, and examples focusing on static and linear analyses on various structural members such as a beam, truss, frame, arch, and cable. However, in addition to the static and linear analyses, current industries ask graduates to acquire basic knowledge on structural dynamics and nonlinear analysis, which are not listed in the conventional syllabus of the computational structural analysis. Therefore, this study develops geometrically nonlinear examples, which can help students to easily capture the fundamental nonlinear theory, software manipulation, and problem solving skills. For the purpose, five different examples are found, developed for the analyses of cables and cable nets, which naturally have strong geometrical non-linearity. In the paper, these examples are presented, discussed, and finally compared for a better subject development.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.10a
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pp.33-39
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1991
This Paper presents a geometrically nonlinear behaviors of shell problems by using the three-dimensional curved shell element, which includs large displacements and large rotations. The standard formulation of the geometrically nonlinearity is restricted to the assumption of infinitesmal rotation increments. This standard formulation for the displacement function is numerically improved by considering the second order expansions of Tayler series. The nonlinear behaviors of the single and double curved shells are compared wi th the other results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.1-9
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1990
A variational approach with reference volume and adjoint structure concepts is applied for the structural design densitivity analysis of geometrically nonlinear structures. A general form of sensitivity equation is used and then nonlinear finite element procedure is implemented for the discretized structural model. Usability and effectiveness of the variational approach for the design sensitivity analysis of geometrically nonlinear structural responses are verified through a numerical example.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.335-342
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2002
A continuum-based design sensitivity analysis (DSA) method fur non-shape problems is developed for geometrically nonlinear elastic structures. The non-shape problem is characterized by the design variables that are not associated with the domain of system like sizing, material property, loading, and so on. Total Lagrangian formulation with the Green-Lagrange strain and the second Piola-Kirchhoff stress is employed to describe the geometrically nonlinear structures. The spatial domain is discretized using the 4-node isoparametric plane stress/strain elements. The resulting nonlinear system is solved using the Newton-Raphson iterative method. To take advantage of the derived analytical sensitivity In topology optimization, a fast and efficient design sensitivity analysis method, adjoint variable method, is employed and the material property of each element is selected as non-shape design variable. Combining the design sensitivity analysis method and a gradient-based design optimization algorithm, an automated design optimization method is developed. The comparison of the analytical sensitivity with the finite difference results shows excellent agreement. Also application to the topology design optimization problem suggests a very good insight for the layout design.
In this study a truss model is used for the geometrically nonlinear static and dynamic analysis of a thin shallow arch subject to snap-through. Thanks to the very simple geometry of a truss, the equilibrium conditions can be easily written and the global stiffness matrix can be easily updated with respect to the deformed structure, within each step of the analysis. A very coarse discretization is applied; so, in a very simple way, the high frequency modes are suppressed from the beginning and there is no need to develop a complicated reduced-order technique. Two short computer programs have been developed for the geometrically nonlinear static analysis by displacement control of a plane truss model of a structure as well as for its dynamic analysis by the step-by-step time integration algorithm of trapezoidal rule, combined with a predictor-corrector technique. These two short, fully documented computer programs are applied on the geometrically nonlinear static and dynamic analysis of a specific thin shallow arch subject to snap-through.
The purpose of this study is to develop the analytical method and to analyze the geometrically nonlinear behavior of suspension bridges. Two step algorithm is developed to analyze the initial profile under the deal load and the nonlinearity under the live load. Since the geometrically nonlinear effect is great comparing with the linear analysis, it should be considered in the analysis and design. The comparison between analysis and measurement shows that the new algorithm is effective.
The objective of this work is to analyze geometrically nonlinear static analysis a simply supported laminated composite beam subjected to a non-follower transversal point load at the midpoint of the beam. In the nonlinear model of the laminated beam, total Lagrangian finite element model of is used in conjunction with the Timoshenko beam theory. The considered non-linear problem is solved considering full geometric non-linearity by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. There is no restriction on the magnitudes of deflections and rotations in contradistinction to von-Karman strain displacement relations of the beam. In the numerical results, the effects of the fiber orientation angles and the stacking sequence of laminates on the nonlinear deflections and stresses of the composite laminated beam are examined and discussed. Convergence study is performed. Also, the difference between the geometrically linear and nonlinear analysis of laminated beam is investigated in detail.
The size and topology of geometrically nonlinear dome structures are optimized thereby minimizing both its entire weight & joint (node) displacements and maximizing load-carrying capacity. Design constraints are implemented from provisions of American Petroleum Institute specification (API RP2A-LRFD). In accordance with the proposed design constraints, the member responses computed by use of arc-length technique as a nonlinear structural analysis method are checked at each load increment. Thus, a penalization process utilized for inclusion of unfeasible designations to genetic search is correspondingly neglected. In order to solve this complex design optimization problem with multiple objective functions, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II) approach is employed as a multi-objective optimization tool. Furthermore, the flexibility of proposed optimization is enhanced thereby integrating an automatic dome generating tool. Thus, it is possible to generate three distinct sphere-shaped dome configurations with varying topologies. It is demonstrated that the inclusion of brace (diagonal) members into the geometrical configuration of dome structure provides a weight-saving dome designation with higher load-carrying capacity. The proposed optimization approach is recommended for the design optimization of geometrically nonlinear dome structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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