The strain localization of concrete is a phenomenon such that the deformation of concrete is localized in finite region along with softening behavior. The objective of this paper is to develop a plasticity and damage algorithm for the finite element analysis of the strain-localization in concrete. In this paper, concrete member under strain localization is modeled with localized zone and non-localized zone. For modeling of the localized zone in concrete under strain localization, a general Drucker-Prager failure criterion by which the nonlinear strain softening behavior of concrete after peak-stress can be considered is introduced in a thermodynamic formulation of the classical plasticity model. The return-mapping algorithm is used for the integration of the elasto-plastic rate equation and the consistent tangent modulus is also derived. For the modeling of non-localized zone in concrete under strain localization, a consistent nonlinear elastic-damage algorithm is developed by modifying the free energy in thermodynamics. Using finite element program implemented with the developed algorithm, strain localization behaviors for concrete specimens under compression are simulated.
In recent years, the use of fiber reinforced polymer composites has increased because of their unique features. They have been used widely in the aircraft and space industries, medical and sporting goods and automotive industries. Thanks to their beneficial and various advantages over traditional materials such as high strength, high rigidity, low weight, corrosion resistance, low maintenance cost, aesthetic appearance and easy demountable or moveable construction. In this paper, it is aimed to determine and compare the geometrically nonlinear static and dynamic analysis results of footbridges using steel and glass fiber reinforced polymer composite (GFRP) materials. For this purpose, Halgavor suspension footbridge is selected as numerical examples. The analyses are performed using three identical footbridges, first constructed from steel, second built only with GFRP material and third made of steel- GFRP material, under static and dynamic loadings using finite element method. In the finite element modeling and analyses, SAP2000 program is used. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta criterion. The numerical results have indicated that the responses of the three bridges are different and that the response values obtained for the GFRP composite bridge are quite less compared to the steel bridge. It is understood that GFRP material is more useful than the steel for the footbridges.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.361-368
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2000
This paper demonstrates how nonlinear soil behavior in a soil-structure interaction system can be realistically incorporated by using a hybrid method in a nonlinear time-domain analysis. The hybrid method employs a general-purpose nonlinear finite element program coupled with a linear SSI program for the unbounded layered soil medium In order to verify the validity and applicability of the hybrid method, nonlinear earthquake response analyses are carried out for the Hualien free-field problem, in which the ground and underground accelerations were measured during several earthquake events, and for a 2-D subway station. It is found that the nonlinear earthquake responses predicted for the Hualien free-field using the hybrid method compare very well with the observed responses whereas the subway station example gives reasonable results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.4
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pp.449-455
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2011
Recently, international collaborative research which was organized at Bhabha Atomic Research Centre in India, was conducted to develop for pressure capacity and nonlinear behavior of PHWR 1/4 scale nuclear containment building between experimental test and numerical code. In this paper, a nonlinear finite element analysis was carried out in order to predict ultimate pressure capacity and nonlinear behavior of the 1/4 scale containment building. The 1/4 scale containment building is consisted of basemat, cylinder wall, dome and 4-buttress. For the finite element analysis, commercial program ABAQUS was used. Finite element models including concrete, rebar and tendon have been developed for assessment of ultimate pressure capacity and failure mode for nuclear containment building. From the analysis results, first crack of the concrete, the yielding of the rebar and ultimate capacity pressure occurred at $1.6P_d$(design pressure), $3.36P_d$ and $4.0P_d$, respectively.
The long term behavior of the Waste Isolation Pilot Plant(WIPP), a nuclear waste repository currently under construction near Carlsbad at New Mexico, depends upon the fracture and deformation behavior of bedded rock salt. Although many numerical analyses of the WIPP have been conducted, to our knowledge none have included the ability to simultaneously predict the effects of fracture and nonlinear deformation of the salt continuum. We are in the process of developing a finite element program to simulate the effects of nonlinear fracture mechanics and nonlinear continuum behavior of rock salt simultaneously.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.8
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pp.1281-1286
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2003
A line search algorithm to increase a convergence in Newton's method is developed and applied to nonlinear finite element analysis. The algorithm is based on the slack line search theory which is an efficient algorithm to determine initial acceleration coefficient, variable backtracking algorithm proposed by some researchers, and convergence criterion based on residual norm. Also, it is capable of avoiding exceptional diverging conditions. Developed program is tested in metal forming simulation such as forging and ring rolling. Numerical result shows the validity of the algorithm for a highly nonlinear system .
In this paper, a parallel algorithm of nonlinear dynamic analysis of three-dimensional (3D) reinforced concrete (RC) frame structures based on the platform of graphics processing unit (GPU) is proposed. Time integration is performed using Newmark method for nonlinear implicit dynamic analysis and parallelization strategies are presented. Correspondingly, a parallel Preconditioned Conjugate Gradients (PCG) solver on GPU is introduced for repeating solution of the equilibrium equations for each time step. The RC frames were simulated using fiber beam model to capture nonlinear behaviors of concrete and reinforcing bars. The parallel finite element program is developed utilizing Compute Unified Device Architecture (CUDA). The accuracy of the GPU-based parallel program including single precision and double precision was verified in comparison with ABAQUS. The numerical results demonstrated that the proposed algorithm can take full advantage of the parallel architecture of the GPU, and achieve the goal of speeding up the computation compared with CPU.
This paper presents a displacement-based finite element procedure for second-order distributed plasticity analysis of planar steel frames with semi-rigid beam-to-column connections under static loadings. A partially strain-hardening elastic-plastic beam-column element, which directly takes into account geometric nonlinearity, gradual yielding of material, and flexibility of semi-rigid connections, is proposed. The second-order effects and distributed plasticity are considered by dividing the member into several sub-elements and meshing the cross-section into several fibers. A new nonlinear solution procedure based on the combination of the Newton-Raphson equilibrium iterative algorithm and the constant work method for adjusting the incremental load factor is proposed for solving nonlinear equilibrium equations. The nonlinear inelastic behavior predicted by the proposed program compares well with previous studies. Coupling effects of three primary sources of nonlinearity, geometric imperfections, and residual stress are investigated and discussed in this paper.
The Finite Element Method (FEM) was employed to demonstrate that accurate simulations of seismically repaired and retrofitted reinforced concrete shear walls can be achieved provided a good analysis program with comprehensive models for material and structural behaviour is used. Furthermore, the analysis tool should have the capability to retain residual damage experienced by the original structure and carry it forward in the repaired and retrofitted structure. The focus herein is to provide quick, simple, but reliable modelling procedures for repair and retrofitting strategies such as concrete replacement, addition of diagonal reinforcing bars, bolting of external steel plates, and bonding of external steel plates and fibre reinforced polymer sheets, thus illustrating versatility in the modelling. Slender, squat, and slender-squat shear walls were investigated. The modelling utilized simple rectangular membrane elements for the concrete, truss bar elements for the steel and FRP retrofitting materials, and bond-link elements for the bonding interface between steel or FRP to concrete. The analyses satisfactorily simulated seismic behaviour, including lateral load capacity, displacement capacity, energy dissipation, hysteretic response, and failure mode.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.1
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pp.79-86
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2020
The performance enhancement of various damping systems from natural hazards has become an highly important issue in engineering field. In this paper, ENTA hysteretic dampers were tested under cyclic loadings to evaluate their performance in terms of ductility and energy dissipation. The test results showed that the hysteretic dampers are effective damping systems to enhance the buildings performance for remodeling and retrofit of buildings. Also, the hysteretic dampers were modeled in FEM(Finite Element Method) structural analysis program. As comparing the computer modeling and the experiment, this study model reflects the nonlinear behavior of steel and derives the hysteresis loop.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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