In this paper, static nonlinear analysis of gable frame is performed using OpenSees software. Both geometric and material nonlinearities are considered in analyses. To consider large displacements, co-rotational coordinate transformation is used in software. The effects of symmetric and asymmetric support conditions including clamped and simple supports are studied. On the other hand, the material nonlinearity is reflected on analyses using Giuffre-Menegotto-Pinto steel material. Note that strain hardening characteristics are also considered in this model. Moreover, I-shaped cross-section is assumed for all members. The results are provided for different geometry properties of gable frame including shallow and deep inclined roof. It should be added that buckling and post-buckling behaviors of gable frame are investigated using related equilibrium paths. A comparison study is also implemented on the responses of buckling loads obtained for different support and geometry conditions. To trace snap-through paths completely, a displacement control method entitled arc-length is utilized. Findings show the capability of proposed model in nonlinear analysis of gable frames.
Ultrasonic Time-of-Flight Diffraction (TOFD) techniques are useful methods for non-destructive evaluation of fracture characteristics. This study focuses on the reliability and accuracy of ultrasonic diffraction methods to estimate the depth of rock fractures. The study material includes three different rock types; andesite, basalt and ignimbrite. Four different ultrasonic techniques were performed on these intact rocks. Artificial near-surface fracture depths were created in the laboratory by sawing. The reliability and accuracy of each technique was assessed by comparison of the repeated measurements at different path lengths along the rock surface. The standard error associated with the predictive equations is very small and their reliability and accuracy seem to be high enough to be utilized in estimating the depth of rock fractures. The performances of these techniques were re-evaluated after filling the artificial fractures with another material to simulate natural infills.
This paper describes a method of the refined plastic hinge approach in the framework of the higher-order element formulation that can efficaciously evaluate the limit state capacity of a whole reinforced concrete structural system using least number of element(s), whereas the traditional design of a reinforced concrete structure (i.e. AS3600; Eurocode 2) is member-based approach. Hence, in regard to the material nonlinearities, the efficient and economical cross-section analysis is provided to evaluate the element section capacity of non-uniform and arbitrary concrete section subjected to the interaction effects, which is helpful to formulate the refined plastic hinge method. In regard to the geometric nonlinearities, this paper relies on the higher-order element formulation with element load effect. Eventually, the load redistribution can be considered and make full use of the strength reserved owing to the redundancy of an indeterminate structure. And it is particularly true for the performance-based design of a structure under the extreme loads, while the uncertainty of the extreme load is great that the true behaviour of a whole structural system is important for the economical design approach, which is great superiority over the conservative optimal strength of an individual and isolated member based on traditional design (i.e. AS3600; Eurocode 2).
This paper presents a finite element model for predicting the behaviour of high-strength steel bolted beam-to-column joints under monotonic loading. The developed numerical model considers the effects of material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the developed model is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the proposed model accurately predicts the ultimate flexural resistances and moment-rotation curves for high-strength steel bolted beam-to-column joints. Mechanical performance of three joint configurations with various design details is examined. A parametric study is carried out to investigate the effects of key design parameters on the behaviour of bolted beam-to-column joints with double-extended endplates. The plastic flexural capacities of the beam-to-column joints from the experimental programme and numerical analysis are compared with the current codes of practice. It is found that the initial stiffness and plastic flexural resistance of the high-strength steel beam-to-column joints are overestimated. Proper modifications need to be conducted to ensure the current analytical method can be safely used for the bolted beam-to-column joints with high-performance materials.
This paper presents the convected material frame approach to study the nonlinear behavior of inelastic frame structures. The convected material frame approach is a modification of the co-rotational approximation by incorporating an adaptive convected material frame in the basic definition of the displacement vector and strain tensor. In the formulation, each discrete element is associated with a local coordinate system that rotates and translates with the element. For each load increment, the corresponding strain-displacement and nodal force-stress relationships are defined in the updated local coordinates, and based on the updated element geometry. The rigid body motion and deformation displacements are decoupled for each increment. This modified approach incorporates the geometrical nonlinearities through the continuous updating of the material frame geometry. A generalized nonlinear function is used to derive the inelastic constitutive relation and the kinematic hardening is considered. The equation of motion is integrated by an explicit procedure and it involves only vector assemblage and vector storage in the analysis by assuming a lumped mass matrix of diagonal form. Several numerical examples are demonstrated in close agreement with the solutions obtained by the ANSYS code. Numerical studies show that the proposed approach is capable of investigating large deflection of inelastic planar structures and providing an excellent numerical performance.
Brunesi, E.;Nascimbene, R.;Deyanova, M.;Pagani, C.;Zambelli, S.
Computers and Concrete
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v.15
no.6
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pp.951-972
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2015
The focus of the present study is to investigate both local and global behaviour of a precast concrete sandwich panel. The selected prototype consists of two reinforced concrete layers coupled by a system of cold-drawn steel profiles and one intermediate layer of insulating material. High-definition nonlinear finite element (FE) models, based on 3D brick and 2D interface elements, are used to assess the capacity of this technology under shear, tension and compression. Geometrical nonlinearities are accounted via large displacement-large strain formulation, whilst material nonlinearities are included, in the series of simulations, by means of Von Mises yielding criterion for steel elements and a classical total strain crack model for concrete; a bond-slip constitutive law is additionally adopted to reproduce steel profile-concrete layer interaction. First, constitutive models are calibrated on the basis of preliminary pull and pull-out tests for steel and concrete, respectively. Geometrically and materially nonlinear FE simulations are performed, in compliance with experimental tests, to validate the proposed modeling approach and characterize shear, compressive and tensile response of this system, in terms of global capacity curves and local stress/strain distributions. Based on these experimental and numerical data, the structural performance is then quantified under various loading conditions, aimed to reproduce the behaviour of this solution during production, transport, construction and service conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.12
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pp.1811-1820
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2010
Most components in the real world show nonlinear response. The nonlinearity may arise because of contact between the parts, nonlinear material, or large deformation of the components. Structural optimization considering nonlinearities is fairly expensive because sensitivity information is difficult to calculate. To overcome this difficulty, the equivalent load method was proposed for nonlinear response optimization. This method was originally developed for size and shape optimization. In this study, the equivalent load method is modified to perform topology optimization considering all kinds of nonlinearities. Equivalent load is defined as the load for linear analysis that generates the same response field as that for nonlinear analysis. A simple example demonstrates that results of the topology optimization using equivalent load are very similar to the numerical results. Nonlinear response topology optimization is performed with a practical example and the results are compared with those of conventional linear response topology optimization.
This paper presents the formulation for a novel force-based 1-D compound-element that captures both material and second order P-${\Delta}$ nonlinearities in steel frames. At the nodal points, the element is attached to nonlinear rotational and a translational springs which represent the flexural and axial stiffness of the connections respectively. By decomposing the total strain in the material as well as the generalised displacements of the flexible connections to their elastic and inelastic components, a secant solution strategy based on a direct iterative scheme is introduced and the corresponding solution strategy is outlined. The strain and slope of the deformed element are assumed to be small; however the equilibrium equations are satisfied for the deformed element taking account of P-${\Delta}$ effects. The formulation accuracy and efficiency is verified by some numerical examples on the nonlinear static, cyclic and dynamic analysis of steel frames.
In this paper an efficient approach is introduced for design and analysis of double-layer grids including both geometrical and material nonlinearities, while the results are compared with those considering material nonlinearity. Optimum design procedure based on Enhanced Colliding Bodies Optimization method (ECBO) is applied to optimal design of two commonly used configurations of double-layer grids. Two ranges of spans as small and big sizes with certain bays of equal length in two directions are considered for each type of square grids. ECBO algorithm obtains minimum weight grid through appropriate selection of tube sections available in AISC Load and Resistance Factor Design (LRFD). Strength constraints of AISC-LRFD specifications and displacement constraints are imposed on these grids.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.1
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pp.89-98
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1991
In this paper, several numerical examples are analyzed and the results are compared with those from other reseachers to verify the applicability and the validity of the geometric and material nonliner analysis method of reinforced concrte shells refered to the paper ( ). As a results, this method is a useful tool to account for geometric and material nonlinearities in detailed analysis of reinforced concrete shells of general form.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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