In this paper, a two-layer partial interaction composite beams model considering the higher order shear deformation of sub-elements is built. Then, the governing differential equations and boundary conditions for static analysis of linear elastic higher order composite beams are formulated by means of principle of minimum potential energy. Subsequently, analytical solutions for cantilever composite beams subjected to uniform load are presented by Laplace transform technique. As a comparison, FEM for this problem is also developed, and the results of the proposed FE program are in good agreement with the analytical ones which demonstrates the reliability of the presented exact and finite element methods. Finally, parametric studies are performed to investigate the influences of parameters including rigidity of shear connectors, ratio of shear modulus and slenderness ratio, on deflections of cantilever composite beams, internal forces and stresses. It is revealed that the interfacial slip has a major effect on the deflection, the distribution of internal forces and the stresses.
In this paper, the effect of back tension in multi-pass drawing or wiredrawing on the central bursting defect is investigated using finite element predictions. A rigid-plastic finite element method was used together with the McClintock damage model. Central bursting defects under different back tension stress values ranging from 0% to 20% of the yield strength of the material were predicted and they were compared to understand the effect of the back tension stress values on the central bursting defect. It is found that the level of back tension has a strong influence on the cumulative damage. Thus, higher back tension raises the possibility of the central bursting defect occurring, even though it decreases the interfacial pressure between the die and the work piece.
For better estimation of elastic property of concrete composites, the effect of Interfacial Transition Zone (ITZ) has been found to be significant. Numerical concrete composites models have been introduced using Finite Element Method (FEM), where ITZ is modeled as a thin shell surrounding aggregate. Therefore, difficulties arise from the mesh generation. In this study, a numerical concrete composites model in 3D based on FEM and random unit cell method is proposed to calculate elastic modulus of concrete composites with ITZ. The validity of the model has been verified by comparing the calculated elastic modulus with those obtained from other analytical and numerical models.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10b
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pp.839-844
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1998
The purpose of this study is to analyze the interface debonding failure on RC beams strengthened with carbon fiber sheet(CFS). The behavior of damaged RC beams strengthened with CFS is analytically investigated using both linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach and the finite element method. This study includes the investigation of the separation mode by interface fracture of the strengthening materials due to the interfacial shear and normal stresses.
The discovery of the Interfacial Transition Zone (ITZ) by Farran in 1956 initiated a new era in the study of the behaviour of concrete. Acknowledged as the weak link, this ITZ was studied extensively, numerically as well as experimentally. While the complementary experimental tests illustrated the visual behaviour of this specimen under increasing monotonic compression loading, a perfect bond within the ITZ has also been studied by using finite element analysis for comparison purposes. Finite element analysis was used to evaluate the degree of correctness and precision of the proposed ITZ model. This paper discusses the use of the cutoff bar in finite element modeling, representing the ITZ of a single aggregate (inclusion) in a mortar matrix. Experiments were conducted to investigate the influence of the ITZ model on the single inclusion specimen's strength. The model was tested for some inclusions that varied in dimension and shape. The effect of inclusion shape on the stress concentrations of the specimens was examined. The aim of this research work is to propose a simple yet accurate ITZ model to be used in the commercially available finite element software packages.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1435-1450
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2004
The investigation, which includes the material homogenization and the calculation of local stress concentration of long-fibrous composites in a microscopic level, has been performed to analyze the behavior of fiber-reinforced composites by using finite element method. In order to carry out this study, the finite element models of composites have been generated by the idealized arrays as square and hexagonal-packed type. In the FE analysis, the boundary conditions of micromechanical finite element method(MFEM) have been defined and verified by comparing with the results from multi-cells, and the effective material properties of composites composed of graphite/epoxy have been also evaluated by rules of mixture. For acquiring the relation between the global and local behaviors of composites, the magnifications of strain, stress, and interfacial stress of composites subjected to a longitudinal and transverse loading respectively have been calculated. And the magnifications have been proposed as the stress concentration in the microscopic level at composite material.
This paper aims at investigating the capability of different FRP/concrete interface models to predict the effect of carbon nanotubes on the flexural behavior of RC beams strengthened with CFRP. Three different interfacial bond models are proposed to simulate the adhesion between CFRP composites and concrete, namely: full bond, nonlinear spring element, and cohesive zone model. 3D Nonlinear finite element model is developed then validated using experimental work conducted by the authors in a previous investigation. Cohesive zone model (CZM) has the best agreement with the experimental results in terms of load-deflection response. CZM is the only bond model that accurately predicted the cracks patterns and failure mode of the strengthened RC beams. The FE model is then expanded to predict the effect of bond strength on the flexural capacity of RC beams strengthened with externally bonded CNTs modified CFRP composites using CZM bond model. The results reveal that the flexural capacity of the strengthened beams increases with increasing the bond strength value. However, only 23% and 22% of the CFRP stress and strain capacity; in the case of full bond; can be utilized before failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.4
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pp.375-387
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2004
A new finite element model will be presented to analyze the nonlinear behavior of RC beams and slabs strengthened by a patch repair. The numerical approach is based on the p-version degenerate shell element including theory of anisotropic laminated composites, theory of materially and geometrically nonlinear plates. In the nonlinear formulation of this model, the total Lagrangian formulation is adopted with large deflections and moderate rotations being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The material model is based on hardening rule, crushing condition, plate-end debonding strength model and so on. The Gauss-Lobatto numerical quadrature is applied to calculate the stresses at the nodal points instead of Gauss points. The validity of the proposed p-version nonlinear finite element model is demonstrated through the load-deflection curves, the ultimate loads, and the failure modes of RC beams or slabs bonded with steel plates or FRP plates compared with available result of experiment and other numerical methods.
It is well recognized that the ultrasonic method is one of the most common and reliable nondestructive testing (NDT) methods for the quantitative estimation of defects in welded structures. However, NDT techniques applying for adhesively bonded joints have not been clearly established yet. In this paper, the detection of interface crack by the ultrasonic method was applied for the measurement of interfacial crack length in the adhesively bonded joints of double-cantilever beam (DCB). An optimal condition of transmission coefficients and experimental accuracy by the ultrasonic method in the adhesively bonded joints have been investigated and discussed. The experimental values are in good agreement with the computed results by boundary element method (BEM) and Ripling's equation.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10a
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pp.474-479
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1998
In this paper, the structural behavior of R.C. multi-layered floor structure including foam concrete layer is numerically analyzed. For the analysis, 3D interface element has been implemented to finite element analysis program to consider the interfacial behavior of multi-layered floor structure which consists of rubber layer, foam concrete layer and mortar layer on RC slab. Based on analysis results on multi-layered structure, its structural behavior is analyzed according to geometrical and material properties of foam concrete. Optimum material property of each layer of the floor structure is proposed to get optimum multi-layered concrete structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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