KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.3
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pp.11-20
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1986
The purpose of this study is to devise an efficient and economic solution algorithm for the nonlinear finite element equations. First, procedures and characteristics of the solution methods of ordinary nonlinear equations are critically reviewed and discussed. Based on the discussion, some promising nonlinear finite element analysis procedures are presented as an algorithmic form. Finally, a conceptually combined algorithm for a solution of nonlinear finite element equations is proposed and analyzed, in which the computational effort is minimized and numerical difficulties can be avoided.
Procedures are investigated by which nonlinear finite element shell analysis algorithms can be simplified to provide more cost effective approximate analyses of orthogonally-reinforced concrete flat plate structures. Two alternative effective stiffness formulations, and an unbalanced force formulation, are described. These are then implemented into a nonlinear shell analysis algorithm. Nonlinear geometry, three-dimensional layered stress analyses, and other general formulations are bypassed to reduce the computational burden. In application to standard patch test problems, these simplified approximate analysis procedures are shown to provide reasonable accuracy while significantly reducing the computational effort. Corroboration studies using various simple and complex test specimens provide an indication of the relative accuracy of the constitutive models utilized. The studies also point to the limitations of the approximate formulations, and identify situations where one should revert back to full nonlinear shell analyses.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.12
no.6
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pp.785-795
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2009
In this paper, new type of finite element models for the analysis of nonlinear beam bending are developed by using unconventional residual minimizing method to increase accuracy of finite element solutions and overcome some of computational drawbacks. Developing procedures of the new models are presented along with the comparison of the numerical results of existing beam bending models.
A geometrically nonlinear finite element formulation of spatial cable networks is presented using two cable elements. Firstly, derivation procedures of tangent stiffness and mass matrices for the space truss element and the elastic catenary cable element are summarized. The load incremental method based on Newton-Raphson iteration method and the dynamic relaxation method are presented in order to determine the initial static state of cable nets subjected to self-weights and support motions. Furthermore, static non-linear analysis of cable structures under additional live loads are performed based on the initial configuration. Challenging example problems are presented and discussed in order to demonstrate the feasibility of the present finite element method and investigate static nonlinear behaviors of cable nets.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.631-641
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1988
Computational procedures associated with finite element nonlinear analysis of plane frame structures were examined and new solution schemes were suggested. Element stiffness matrix was derived from the principle of virtual displacements. Geometric and material nonlinearities were considered in the formulation. Solution method was based upon the constant displacement length method in conjunction with the Newton-Raphson method. New solution schemes were introduced in determining the initial load increment and the sign of load increments and predicting the length of displacement increment to improve user convenience, efficiency and stability. Numerical experiments were performed for several typical problems and suggested schemes were found efficient and convenient for analyzing nonlinear frame structures.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.32
no.2
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pp.164-176
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1996
The main intention of this paper is to develop and compare the algorithm based on finite element procedures for nonlinear transient dynamic analysis which has combined effects of material and geometric nonlinearities. Incremental equilibrium equations based on the principle of virtual work are derived by the finite element approach. For the elasto - plastic large deformation analysis of shells and the determination of the displacement-time configuration under time-varying loads, the explicit, implicit and combined explicit-implicit time integration algorithm is adopted. In the time structure is selected and the results are compared with each others. Isoparametric 8-noded quadrilateral curved elements are used for shell structure in the analysis and for geometrically nonlinear elastic behaviour, a total Lagrangian coordinate system was adopted. On the other hands, material nonlinearity is based on elasto-plastic models with Von-Mises yield criteria. Thus, the combined explicit-implicit time integration algorithm is benefit in general case of shell structure, which is the result of this paper.
Mercan, Bulent;Stolarski, Henryk K.;Schultz, Arturo E.
Computers and Concrete
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v.18
no.1
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pp.17-37
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2016
This paper compares the arc-length and explicit dynamic solution methods for nonlinear finite element analysis of prestressed concrete members subjected to monotonically increasing loads. The investigations have been conducted using an L-shaped, prestressed concrete spandrel beam, selected as a highly nonlinear problem from the literature to give insight into the advantages and disadvantages of these two solution methods. Convergence problems, computational effort, and quality of the results were investigated using the commercial finite element package ABAQUS. The work in this paper demonstrates that a static analysis procedure, based on the arc-length method, provides more accurate results if it is able to converge on the solution. However, it experiences convergence problems depending upon the choice of mesh configuration and the selection of concrete post-cracking response parameters. The explicit dynamic solution procedure appears to be more robust than the arc-length method in the sense that it provides acceptable solutions in cases when the arc-length approach fails, however solution accuracy may be slightly lower and computational effort may be significantly larger. Furthermore, prestressing forces must be introduced into the finite element model in different ways for the explicit dynamic and arc-length solution procedures.
Although performance based assessment procedures are mainly developed for reinforced concrete and steel buildings, URM (Unreinforced Masonry) buildings occupy significant portion of buildings in earthquake prone areas of the world as well as in IRAN. Variability of material properties, non-engineered nature of the construction and difficulties in structural analysis of masonry walls make analysis of URM buildings challenging. Despite sophisticated finite element models satisfy the modeling requirements, extensive experimental data for definition of material behavior and high computational resources are needed. Recently, nonlinear equivalent frame models which are developed assigning lumped plastic hinges to isotropic and homogenous equivalent frame elements are used for nonlinear modeling of URM buildings. The equivalent frame models are not novel for the analysis of masonry structures, but the actual potentialities have not yet been completely studied, particularly for non-linear applications. In the present paper an effective tool for the non-linear static analysis of 2D masonry walls is presented. The work presented in this study is about performance assessment of unreinforced brick masonry buildings through nonlinear equivalent frame modeling technique. Reliability of the proposed models is tested with a reversed cyclic experiment conducted on a full scale, two-story URM building at the University of Pavia. The pushover curves were found to provide good agreement with the experimental backbone curves. Furthermore, the results of analysis show that EFM (Equivalent Frame Model) with Dolce RO (rigid offset zone) and shell element have good agreement with finite element software and experimental results.
A three-dimensional static nonlinear finite element analysis was performed on the NUPEC large-scale flanged shear wall, which was the subject of an international study program. Details of the constitutive models and analysis procedures used are provided, and the results of the analysis are presented and discussed. The analytical results are compared to the experimentally observed behaviour, and reasonable correlation is observed. Deficiencies in the modelling are identified. In addition, a parametric study is undertaken to investigate factors and mechanisms influencing both the observed behaviour and the calculated response. Finally, a cyclic load analysis of the wall is described and discussed. The paper serves to point out aspects in modelling that are critical to both producing realistic results, and correctly interpreting those results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.642-651
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1988
The present paper develops finite element procedures to calculate displacements, strains and stresses in initially stressed elastic solids subjected to static or time-dependent loading conditions. As a point of departure, we employ Hamilton's principle to obtain nonlinear equations of motion characterizing the displacement in a solid. The equations of motion reduce to linear equations of motion if incremental stresses are assumed to be infinitesimal. In the case of linear problem, finite element solutions are obtained by Newmark's direct integration method and by modal analysis. An analytic solution is referred to compare with the linear finite element solution. In the case of nonlinear problem, finite element solutions are obtained by Newton-Raphson iteration method and compared with the linear solution. Finally, the effect of the order of Gauss-Legendre numerical integration on the nonlinear finite element solution, has been investigated.
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