The presence of infill generally neglected in design despite the fact that infill contribution significantly increase the lateral stiffness and strength of the reinforced concrete frame structure. Several experimental studies and computational models have been proposed to capture the rational response of infill-frame interaction at global level. However, limited studies are available on explicit finite element modelling to study the local behavior due to high computation and convergence issues in numerical modelling. In the current study, the computational modelling of RC frames is done with various configurations of infill masonry in terms of types of blocks, lateral loading and reinforcement detailing employed with material nonlinearities, interface contact issues and bond-slip phenomenon particularly near the beam-column joints. To this end, extensive computational modelling of five variant characteristics test specimens extracted from the detailed experimental program available in literature and process through nonlinear static analysis in FEM code, ATENA generally used to capture the nonlinear response of reinforced concrete structures. Results are presented in terms of damage patterns and capacity curves by employing the finest possible detail provided in the experimental program. Comparative analysis shows that good correlation amongst the experimental and numerical simulated results both in terms of capacity and crack patterns.
The present research reports the application of engineered cementitious composites (ECC) as an alternative to conventional concrete to improve the seismic behavior of short columns. Experimental and finite element investigation was conducted by testing five reinforced engineered cementitious composite (RECC) concrete columns (half-scale specimens) and one control reinforced concrete (RC) specimen for different shear-span and transverse reinforcement ratios under cyclic lateral loads. RECC specimens with higher shear-span and transverse reinforcement ratios demonstrated a significant effect on the column lateral load behavior by improving ductility (>5), energy dissipation capacity (1.2 to 4.1 times RC specimen), gradual strength degradation (ultimate drift >3.4%), and altering the failure mode. The self-confinement effect of ECC fibers maintained the integrity in the post-peak region and reserved the transmission of stress through fibers without noticeable degradation in strength. Finite element modeling of RECC specimens under monotonic incremental loads was carried out by adopting simplified constitutive material models. It was apprehended that the model simulated the global response (strength and stiffness) and damage crack patterns reasonably well.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.3
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pp.22-30
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2012
This study deals with an enhanced assumed strain (EAS) three-dimensional element for free vibration analysis of laminated composite and sandwich structures. The three-dimensional finite element (FE) formulation based on the EAS method for composite structures shows excellence from the standpoints of computational efficiency, especially for distorted element shapes. Using the EAS FE formulation developed for this study, the effects of side-to-thickness ratios, aspect ratios and ply orientations on the natural frequency are studied and compared with the available elasticity solutions and other plate theories. The numerical results obtained are in good agreement with those reported by other investigators. The new approach works well for the numerical experiments tested, especially for complex structures such as sandwich plates with laminated composite faces.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.12
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pp.2298-2305
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1992
To obtain the convenient solution of the multibody dynamic systems composed of flexible beams, linear finite element technique is adopted and the nodal coordinates are interpolated in the global inertia frame. Mass matrix becomes an extremely simple constant matrix and the force vector also becomes extremely simple because Coriolis acceleration and centrifugal force are not required. And the elastic force is also simply computed from the moving frame attached to the material. To solve the global differential algebraic euation. an ODE technique is adopted after Lagrange multiplier is computed by the accelerated iterative technique, and the time demanding procedures such as Newton-Raphson iterations and decomposition of the big matrix are not required. The accuracy of the present solution is checked by a well-known example problem.
Dzolev, Igor M.;Cvetkovska, Meri J.;Ladinovic, Dorde Z.;Radonjanin, Vlastimir S.
Computers and Concrete
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v.21
no.6
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pp.637-647
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2018
Numerical approach using finite element method has been used to evaluate the behaviour of reinforced concrete frame structure subjected to fire. The structure is previously designed in accordance with Eurocode standards for the design of structures for earthquake resistance, for the ductility class M. Thermal and structural response are obtained using a commercially available software ANSYS. Temperature-dependent nonlinear thermal and mechanical properties are adopted according to Eurocode standards, with the application of constitutive model for the triaxial behaviour of concrete with a smeared crack approach. Discrete modelling of concrete and reinforcement has enabled monitoring of the behaviour at a global, as well as at a local level, providing information on the level of damage occurring during fire. Critical regions in frame structures are identified and assessed, based on temperatures, displacements, variations of internal forces magnitudes and achieved plastic deformations of main reinforcement bars. Parametric analyses are conducted for different fire scenarios and different types of concrete aggregate to determine their effect on global deformations of frame structures. According to analyses results, the three-dimensional finite element model can be used to evaluate the insulation and mechanical resistance criteria of reinforced concrete frame structures subjected to nominal fire curves.
Probabilistic buckling behavior of sandwich panel considering random system parameters using a radial basis function (RBF) approach is presented in this paper. The random system properties result in an uncertain response of the sandwich structure. The buckling load of laminated sandwich panel is obtained by employing higher-order-zigzag theory (HOZT) coupled with RBF and probabilistic finite element (FE) model. The in-plane displacement variation of core as well as facesheet is considered to be cubic while transverse displacement is considered to be quadratic within the core and constant in the facesheets. Individual and combined stochasticity in all elemental input parameters (like facesheets thickness, ply-orientation angle, core thickness and properties of material) are considered to know the effect of different degree of stochasticity, ply- orientation angle, boundary conditions, core thickness, number of laminates, and material properties on global response of the structure. In order to achieve the computational efficiency, RBF model is employed as a surrogate to the original finite element model. The stiffness matrix of global response is stored in a single array using skyline technique and simultaneous iteration technique is used to solve the stochastic buckling equations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.660-665
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2006
This paper presents a finite element method to analyze the free and forced vibration of a hard disk drive (HDD) considering the flexibility of a spinning disk-spindle with fluid dynamic bearings (FDBs), an actuator with pivot bearings, an air bearing between head-disk interface and the base with complicated geometry. Finite element equation of each component is consistently derived with the satisfaction of the geometric compatibility of the internal boundary between each component. The spinning disk, hub and FDBs are modeled by annular sector elements, beam elements and stiffness and damping elements, respectively. The actuator am, E-block, suspension and base plate are modeled by tetrahedral elements. The pivot bearing in the actuator and the air bearing between head-disk interfaces are modeled by the stiffness element with five degrees of freedom and the axial stiffness, respectively. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem with the restarted Arnoldi iteration method. Modal and shock testing are performed to show that the proposed method well predicts the vibration characteristics of a HDD.
Substructuring methods are often used in finite element structural analyses. In this study a multi-level substructuring(MLSS) algorithm is developed and proposed as a possible candidate for finite element fluid solvers. The present algorithm consists of four stages such as a gathering, a condensing, a solving and a scattering stage. At each level, a predetermined number of elements are gathered and condensed to form an element of higher level. At the highest level, each sub-domain consists of only one super-element. Thus, the inversion process of a stiffness matrix associated with internal degrees of freedom of each sub-domain has been replaced by a sequential static condensation of gathered element matrices. The global algebraic system arising from the assembly of each sub-domain matrices is solved using a well-known iterative solver such as the conjugare gradient(CG) or the conjugate gradient squared(CGS) method. A time comparison with CG has been performed on a 2-D Poisson problem. With one domain the computing time by MLSS is comparable with that by CG up to about 260,000 d.o.f. For 263,169 d.o.f using 8 x 8 sub-domains, the time by MLSS is reduced to a value less than $30\%$ of that by CG. The lid-driven cavity problem has been solved for Re = 3200 using the element interpolation degree(Deg.) up to cubic. in this case, preconditioning techniques usually accompanied by iterative solvers are not needed. Finite element formulation for the incompressible flow has been stabilized by a modified residual procedure proposed by Ilinca et al.[9].
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.519-525
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2009
In this study a cohesive zone model was used to simulate the delamination phenomena which occurs by a successive crack initiation and propagation in composite laminates. The cohesive zone model was incorporated to the classical finite element method via cohesive element formulation and then implemented into the user-subroutine UEL of a commercial finite element program Abaqus. To validate the formulation and implementation of the cohesive element the finite element results were compared with the experimental data of double cantilever beam and end notched flexure tests. The numerical results well agree with the experimental load-displacement curves. Also the effect of the elastic stiffness and the size of the cohesive element on the global load-displacement curves were studied numerically. To minimize the mesh-dependency of the crack propagation path and eliminate the zig-zag patterns in the load-displacement curve, cohesive elements should be refined at the crack-tip.
Moon Seong ln;Chang Yoon Suk;Lee Jin Ho;Song Myung Ho;Choi Young Hwan;Kim Joung Soo;Kim Young Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.754-761
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2005
The 40\% of wall thickness criterion which has been used as a plugging rule of steam generator tubes is applicable only to a single cracked tube. In the previous studies performed by authors, several global failure prediction models were introduced to estimate the failure loads of steam generator tubes containing two adjacent parallel axial through-wall cracks. These models were applied for thin plates with two parallel cracks and the COD base model was selected as the optimum one. The objective of this study is to verify the applicability of the proposed optimum global failure prediction model for real steam generator tubes with two parallel axial through-wall cracks. For the sake of this, a series of plastic collapse tests and finite element analyses have been carried out fur the steam generator tubes with two machined parallel axial through-wall cracks. Thereby, it was proven that the proposed optimum failure prediction model can be used as the best one to estimate the failure load quite well. Also, interaction effects between two adjacent cracks were assessed through additional finite element analyses to investigate the effect on the global failure behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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