The possibilities of non-linear analysis of reinforced-concrete structures are under development. In particular, current research areas include structural analysis with the application of advanced computational and material models. The submitted article aims to evaluate the possibilities of the determination of material properties, involving the tensile strength of concrete, fracture energy and the modulus of elasticity. To evaluate the recommendations for concrete, volume computational models are employed on a comprehensive series of tests. The article particularly deals with the issue of the specific properties of fracture-plastic material models. This information is often unavailable. The determination of material properties is based on the recommendations of Model Code 1990, Model Code 2010 and specialized literature. For numerical modelling, the experiments with the so called "classic" concrete beams executed by Bresler and Scordelis were selected. It is also based on the series of experiments executed by Vecchio. The experiments involve a large number of reinforcement, cross-section and span variants, which subsequently enabled a wider verification and discussion of the usability of the non-linear analysis and constitutive concrete model selected.
Composite nature of the masonry structures in general causes complex and non-linear behaviour, especially in intense vibration conditions. The presence of different types and forms of structural elements and different materials is a major problem for the analysis of these type of structures. For this reason, the analysis of the behaviour of masonry structures requires a combination of experimental tests and non-linear mathematical modelling. The famous UNESCO Heritage Old Bridge in Mostar was selected as an example for the analysis of the global behaviour of reinforced stone arch masonry bridges. As part of the experimental research, a model of the Old Bridge was constructed in a scale of 1:9 and tested on a shaking table platform for different levels of seismic excitation. Non-linear mathematical modelling was performed using a combined finite-discrete element method (FDEM), including the effect of connection elements. The paper presents the horizontal displacement of the top of the arch and the failure mechanism of the Old Bridge model for the experimental and the numerical phase, as well as the comparison of the results. This research provided a clearer insight into the global behaviour of stone arch masonry structures reinforced with steel clamps and steel dowels, which is significant for the structures classified as world cultural heritage.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.3
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pp.47-53
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2005
The non-linear finite element program of the large deformation analysis by computer simulation has been used in the prediction and evaluation of the behaviors of the non-linear rubber components. The analysis of rubber components requires the tools modelling the special materials that are quite different from those used for the metallic parts. The nonlinear simulation analysis used in this study is expected to be widely applied in the design analysis and the development of several rubber components which are used In the manufacturing process of many industries. By utilizing this method, the time and cost can also be saved in developing the new rubber product. The objective of this study is to analyze the rubber component with the large deformation and non-linear properties.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.449-454
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2000
A three-parameter model of viscoelastic damper, which has a non-linear spring as an element is incorporated into an oscillator. The behavior of the damper model shows non-linear hysteresis curves which is qualitatively similar to those of real viscoelastic materials. The motion is governed by three-dimensional non-linear dynamical system of equations. The harmonic balance method is applied to get analytic solutions of the system. The frequency-response curves show that multiple solutions co-exist and that the jump phenomena can occur. In addition, it is shown that separate solution branch exists and that it can merge with the primary response curve. Saddle-node bifurcation sets explain the occurences of such non-linear phenomena. A direct time integration of the original equation of motion validifies the use of the harmonic balance method to this sort of problem.
Panto, Bartolomeo;Giresini, Linda;Sassu, Mauro;Calio, Ivo
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.223-236
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2017
Seismic assessment and rehabilitation of Monumental Buildings constitute an important issue in many regions around the world to preserve cultural heritage. On the contrary, many recent earthquakes have demonstrated the high vulnerability of this type of structures. The high nonlinear masonry behaviour requires ad hoc refined finite element numerical models, whose complexity and computational costs are generally unsuitable for practical applications. For these reasons, several authors proposed simplified numerical strategies to be used in engineering practice. However, most of these alternative methods are oversimplified being based on the assumption of in-plane behaviour of masonry walls. Moreover, they cannot be used for modelling the monumental structures for which the interaction between plane and out-plane behaviour governs the structural response. Recently, an innovative discrete-modelling approach for the simulation of both in-plane and out of-plane response of masonry structures was proposed and applied to study several typologies of historic structures. In this paper the latter model is applied with reference to a real case study, and numerically compared with an advanced finite element modelling. The method is applied to the St.Venerio church in Reggiolo (Italy), damaged during the 2012 Emilia-Romagna earthquake and numerically investigated in the literature.
Krommer, Michael;Vetyukova, Yury;Staudigl, Elisabeth
Smart Structures and Systems
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v.18
no.1
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pp.155-181
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2016
In the present paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour of thin piezoelastic plates. The first part of the paper is concerned with the modelling of such plates. We discuss the constitutive modelling, starting with the three-dimensional constitutive relations within Voigt's linearized theory of piezoelasticity. Assuming a plane state of stress and a linear distribution of the strains with respect to the thickness of the thin plate, two-dimensional constitutive relations are obtained. The specific form of the linear thickness distribution of the strain is first derived within a fully geometrically nonlinear formulation, for which a Finite Element implementation is introduced. Then, a simplified theory based on the von Karman and Tsien kinematic assumption and the Berger approximation is introduced for simply supported plates with polygonal planform. The governing equations of this theory are solved using a Galerkin procedure and cast into a non-dimensional formulation. In the second part of the paper we discuss the stability and the post-buckling behaviour for single term and multi term solutions of the non-dimensional equations. Finally, numerical results are presented using the Finite Element implementation for the fully geometrically nonlinear theory. The results from the simplified von Karman and Tsien theory are then verified by a comparison with the numerical solutions.
The unexpected seismic interaction of dry-assembled precast concrete frame structures typical of the European heritage with their precast cladding panels brought to extensive failures of the panels during recent earthquakes due to the inadequateness of their connection systems. Following this recognition, an experimental campaign of cyclic and pseudo-dynamic tests has been performed at ELSA laboratory of the Joint Research Centre of the European Commission on a full-scale prototype of precast structure with vertical and horizontal cladding panels within the framework of the Safecladding project. The panels were connected to the frame structure by means of innovative arrangements of fastening systems including isostatic, integrated and dissipative. Many of the investigated configurations involved a strong frame-cladding interaction, modifying the structural behaviour of the frame turning it into highly non-linear since small deformation. In such cases, properly modelling the connections becomes fundamental in the framework of a design by non-linear dynamic analysis. This paper presents the peculiarities of the numerical models of precast frame structures equipped with the various cladding connection systems which have been set to predict and simulate the experimental results from pseudo-dynamic tests. The comparison allows to validate the structural models and to derive recommendations for a proper modelling of the different types of existing and innovative cladding connection systems.
Concrete is a composite material and at meso-level, may be assumed to be composed of three phases: aggregate, mortar-matrix and aggregate-matrix interface. It is postulated herein that although non-linear material parameters are generally used to model this composite structure by finite element method, linear elastic fracture mechanics principles can be used for modelling at the meso level, if the properties of all three phases are known. For this reason, a novel meso-mechanical approach for concrete fracture which uses the composite material model with distributed-phase for elastic properties of phases and considers the size effect according to linear elastic fracture mechanics for strength properties of phases is presented in this paper. Consequently, the developed model needs two parameters such as compressive strength and maximum grain size of concrete. The model is applied to three most popular fracture mechanics approaches for concrete namely the two-parameter model, the effective crack model and the size effect model. It is concluded that the developed model well agrees with considered approaches.
Since the beginning of the twentieth century, the progressive and rapid spread of reinforced concrete (RC) has led to the adoption of mixed masonry-RC solutions, such as the confined masonry. However, together with structures conceived with a definite role for earthquake behaviour, the spreading of RC technology has caused the birth of mixed solutions inspired more by functional aspects than by structural ones, such as: internal masonry walls replaced by RC frames, RC walls inserted to build staircases or raising made from RC frames. Usually, since these interventions rise from a spontaneous build-up, any capacity design or ductility concepts are neglected being designed only to bear vertical loads: thus, the vulnerability assessment of this class becomes crucial. To investigate the non-linear seismic response of these structures, suitable models and effective numerical tools are needed. Among the various modelling approaches proposed in the literature and codes, the authors focus their attention on the equivalent frame model. After a brief description of the adopted model and its numerical validation, the authors aim to point out some specific peculiarities of the seismic response of mixed masonry-RC structures and their repercussions on safety verification procedures (referring in particular way to the non-linear static ones). In particular, the results of non-linear static analyses performed parametrically to various configurations representative of different interventions are discussed.
The paper concerns the modelling of rigid and semi-rigid steel-concrete composite joints under monotonic loading through use of the Abaqus program, a widespread finite element code. By comparing numerical and experimental results obtained on cruciform tests, it is shown that the proposed modelling allows a good fit of the global joint response in terms of moment-rotation law. Even the local response in terms of stresses and strains is adequately predicted. Hence, this numerical approach may represent a useful tool for attaining a better understanding of experimental results. It may also be used to perform parametric analyses and to calibrate simplified mechanical models for practical applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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