Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris;Kartal, Murat Emre;Adanur, Suleyman
Steel and Composite Structures
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v.10
no.6
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pp.541-561
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2010
This paper presents finite element analyses, experimental measurements and finite element model updating of an arch type steel laboratory bridge model using semi-rigid connections. The laboratory bridge model is a single span and fixed base structure with a length of 6.1 m and width of 1.1m. The height of the bridge column is 0.85 m and the maximum arch height is 0.95 m. Firstly, a finite element model of the bridge is created in SAP2000 program and analytical dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes are determined. Then, experimental measurements using ambient vibration tests are performed and dynamic characteristics (natural frequencies, mode shapes and damping ratios) are obtained. Ambient vibration tests are performed under natural excitations such as wind and small impact effects. The Enhanced Frequency Domain Decomposition method in the frequency domain and the Stochastic Subspace Identification method in the time domain are used to extract the dynamic characteristics. Then the finite element model of the bridge is updated using linear elastic rotational springs in the supports and structural element connections to minimize the differences between analytically and experimentally estimated dynamic characteristics. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 47% to 2.6%. It is seen that there is a good agreement between analytical and experimental results after finite element model updating. Also, connection percentages of the all structural elements to joints are determined depending on the rotational spring stiffness.
Yilmaz, Semih;Karahasan, Olguhan Sevket;Altunisik, Ahmet Can;Vural, Nilhan;Demir, Serhat
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.6
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pp.737-750
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2022
Timber-Concrete Composite construction system consists of combining timber beam or deck and concrete with different connectors. Different fastener types are used in Timber-Concrete Composite systems. In this paper, the effects of two types of fasteners on structural behavior are compared. First, the notches were opened on timber beam, and combined with reinforced concrete slab by fasteners. This system is called as Notched Connection System. Then, timber beam and reinforced concrete slab were combined by new type designed fasteners in another model. This system is called as Notched-Slab Approach. Two laboratory models were constructed and bending tests were performed to examine the fasteners' effectiveness. Bending test results have shown that heavy damage to concrete slab occurs in Notched Connection System applications and the system becomes unusable. However, in Notched-Slab Approach applications, the damage concentrated on the fastener in the metal notch created in the slab, and no damage occurred in the concrete slab. In addition, non-destructive experimental measurements were conducted to determine the dynamic characteristics. To validate the experimental results, initial finite element models of both systems were constituted in ANSYS software using orthotropic material properties, and numerical dynamic characteristics were calculated. Finite element models of Timber-Concrete Composite systems are updated to minimize the differences by manual model updating procedure using some uncertain parameters such as material properties and boundary conditions.
In this study, open conical shells with ring and stringers are analyzed A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used and 3-D beam element is used for stiffeners. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of finite elements. Optimum location and optimum section properties of ring and stinger are obtained. It is shown thai the thickness of conical shell can be reduced about $20\~50\%$ by appropriate location of stiffeners.
This paper presents a multi-layer finite element for buckling and free vibration analyses of laminated beams based on a higher-order layer-wise theory. An N-layer beam element with (9N + 7) degrees-of-freedom is proposed for analyses. Delamination and slip between the layers are not allowed. Element matrices for the single- and multi-layer beam elements are derived by Lagrange's equations. Buckling loads and natural frequencies are calculated for different end conditions and lamina stacking. Comparisons are made to show the accuracy of proposed element.
In this study, free vibration analysis of Reissner plates on Pasternak foundation is carried out by mixed finite element method based on the G$\hat{a}$teaux differential. New boundary conditions are established for plates on Pasternak foundation. This method is developed and applied to numerous problems by Ak$\ddot{o}$z and his co-workers. In dynamic analysis, the problem reduces to the solution of a standard eigenvalue problem and the mixed element is based upon a consistent mass matrix formulation. The element has four nodes and bending and torsional moments, transverse shear forces, rotations and displacements are the basic unknowns. The element performance is assessed by comparison with numerical examples known from literature. Validity limits of Kirchhoff plate theory is tested by dynamic analysis. Shear locking effects are tested as far as $h/2a=10^{-6}$ and it is observed that REC32 is free from shear locking.
A shear-deformable finite element model (FEM) with five nodes and thirteen degrees of freedom (DOFs) for free vibrations of laminated composite beams with arbitrary lay-up is presented. This model can be capable of considering the elastic couplings among the extensional, bending and torsional deformations, and the Poisson's effect. Lagrange's principle is employed in derivation of the equations of motion, and thus the element matrices are obtained. Comparisons of the present element's results with those in experiment, available literature and the 3D finite element analysis software (ANSYS(R)) are made to show its accuracy. Some further results are given as referencing for the future studies in vibrations of laminated composite beamst.
Calik-Karakose, Ulku H.;Orakdogen, Engin;Saygun, Ahmet I.;Askes, Harm
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.2
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pp.221-238
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2014
A four-noded curved shell finite element for the geometrically non-linear analysis of beams curved in plan is introduced. The structure is conceived as a sequence of macro-elements (ME) having the form of transversal segments of identical topology where each slice is formed using a number of the curved shell elements which have 7 degrees of freedom (DOF) per node. A curved box-girder beam example is modelled using various meshes and linear analysis results are compared to the solutions of a well-known computer program SAP2000. Linear and non-linear analyses of the beam under increasing uniformly distributed loads are also carried out. In addition to box-girder beams, the proposed element can also be used in modelling open-section beams with curved or straight axes and circular plates under radial compression. Buckling loads of a circular plate example are obtained for coarse and successively refined meshes and results are compared with each other. The advantage of this element is that curved systems can be realistically modelled and satisfactory results can be obtained even by using coarse meshes.
Karabulut, Pembe Merve;Adiyaman, Gokhan;Birinci, Ahmet
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.505-513
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2017
In this paper, a receding contact problem for an elastic layer resting on a half plane is considered. The layer is pressed by two rectangular stamps placed symmetrically. It is assumed that the contact surfaces are frictionless and only compressive traction can be transmitted through the contact surfaces. In addition the effect of body forces is neglected. Firstly, the problem is solved analytically based on theory of elasticity. In this solution, the problem is reduced into a system of singular integral equations in which half contact length and contact pressures are unknowns using boundary conditions and integral transform techniques. This system is solved numerically using Gauss-Jacobi integral formulation. Secondly, two dimensional finite element analysis of the problem is carried out using ANSYS. The dimensionless quantities for the contact length and the contact pressures are calculated under various stamp size, stamp position and material properties using both solutions. The analytic results are verified by comparison with finite element results.
The dynamic response characteristics of a rectangular fluid container are investigated by using finite element method. The fluid is assumed to be linear-elastic, inviscid and compressible. A displacement-based fluid finite element was employed to allow for the effects of the fluid. A typical rectangular fluid container, which is used in recent studies, is considered for the numerical analysis. The North-South component of El Centro Earthquake records is used as input ground acceleration. Rigid and flexible fluid containers solutions are obtained for the chosen sample tank. Hydrodynamic pressures and sloshing motions are determined using Lagrangian fluid finite element. The results obtained from this study are compared with the results obtained by boundary-finite element method (BEM-FEM) and requirements of Eurocode-8. Based on the numerical analysis, some conclusions and discussions on the design considerations for rectangular fluid containers are presented.
In this study, composite laminated conical shells with ring stiffeners are analyzed. A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of conical shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types(beam element) of Optimum location and optimum section properties of ring stiffeners are obtained. It is shown that the thickness of conical shell is reduced about 20% by optimum ring stiffeners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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