Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
In this study, we performed the static analysis of a cord-reinforced rubber airspring and generated the three-dimensional half-symmetry model which use the finite-strain shell elements to model the airbag. the three-dimensional hydrostatic fluid elements to model the air-filled cavity, and the rebar elements to model the multi-ply nylon reinforcement of airbag. In addition, a three-dimensional rigid surface is used to define the contact between the airspring and metal bead. The air inside the airspring cavity has been modeled as a compressible fluid satisfying the ideal gas law. The conclusions of this study are as follows. 1) In the pressurization step of analysis, we could predict the change of vertical reaction force, cavity volume and pressure within the airspring. 2) In the second step of analyzing vertical static stiffness, the increase of the vertical load increases the vertical stiffness. 3) In case of changing the angle of nylon cord, the increase the angle of nylon cord increases the vertical stiffness.
A three-dimensional constitutive modeling for reinforced concrete is presented for finite element nonlinear analysis of reinforced concrete. The targets of interest to the authors are columns confined by lateral steel hoops, RC thin shells subjected to combined in-plane and out-of-plane actions and massive structures of three-dimensional (3D) extent in shear. The elasto-plastic and continuum fracture law is applied to pre-cracked solid concrete. For post cracking formulation, fixed multi-directional smeared crack model is adopted for RC domains of 3D geometry subjected to monotonic and reversed cyclic actions. The authors propose a new scheme of decomposing stress strain fields into sub-planes on which 2D constitutive laws can be applied. The proposed model for 3D reinforced concrete is experimentally verified in both member and structural levels under cyclic actions.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.9
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pp.159-169
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2019
This work presents the three-dimensional extended strain smoothing approach in the framework of finite element method, so-called smoothed finite element method (S-FEM) for quasi-incompressible hyperelastic materials undergoing the large deformations. The proposed method is known that the incompressible limits, such as over-estimation of stiffness and distorted mesh sensitivity, can be overcome in two dimensions. Therefore, in this paper, the idea of Cell-based, Edge-based and Node-based strain smoothing approaches is extended to three-dimensions. The construction of subcells and smoothing domains for each methods are explained. The smoothed strain-displacement matrix and the stiffness matrix are obtained on each smoothing domain in the same manner with two-dimensional S-FEM. Various numerical tests are studied to demonstrate the validity and accuracy of 3D-S-FEM. The obtained results are compared with analytical solutions to express the efficacy of the methods.
Structural design of the vertical displacements and shear strains in the earth fill (EF) dams has great importance in the structural engineering problems. Moreover, far fault earthquakes have significant seismic effects on seismic damage performance of EF dams like the near fault earthquakes. For this reason, three dimensional (3D) earthquake damage performance of Oroville dam is assessed considering different far-fault ground motions in this study. Oroville Dam was built in United States of America-California and its height is 234.7 m (770 ft.). 3D model of Oroville dam is modelled using FLAC3D software based on finite difference approach. In order to represent interaction condition between discrete surfaces, special interface elements are used between dam body and foundation. Non-reflecting seismic boundary conditions (free field and quiet) are defined to the main surfaces of the dam for the nonlinear seismic analyses. 6 different far-fault ground motions are taken into account for the full reservoir condition of Oroville dam. According to nonlinear seismic analysis results, the effects of far-fault ground motions on the nonlinear seismic settlement and shear strain behaviour of Oroville EF dam are determined and evaluated in detail. It is clearly seen that far-fault earthquakes have very significant seismic effects on the settlement-shear strain behaviour of EF dams and these earthquakes create vital important seismic damages on the swelling behaviour of dam body surface. Moreover, it is proposed that far-fault ground motions should not be ignored while modelling EF dams.
The in-situ consolidation behavior of drainage system-installed deposits has three dimensional characteristics. Therefore, for an approximate 2-D plane strain consolidation analysis, it is necessary to convert the 3-D spatial flow of actual cases into the laminar flow simulated by the 2-D plane strain model. . In this paper, in order to properly model the effect of three dimensional characteristics, an equivalent and efficient model has been applied in a finite element technique for the analysis of the drainage system-installed soil deposits. The equivalent two dimensional model involves equivalent permeabilities and drainage widths. To validate the equivalent two dimensional model, three dimensional analyses were per formed by using the ABAQUS program and the results of 3-D analyses were compared with those of the 2-D analyses. By using the proposed equivalent model, one may be able to appropriately predict the consolidation behavior of drainage system-installed soft deposits.
Recently, several high-tensile steels(e.g. 80kg and above, $2^{1/4}Cr$-1Mo)having good quality to high temperature and pressure-resistance are widely used to construct petroleum-plant and pressure vessel of heat or nuclear-power plant. However, in the steels, reheating crack at grain boundaries of the heat affected zone(HAZ) occures during post welding heat treatment(PWHT)to remove welding residual stress. In order to study theoretically the characteristics of reheating crack created by PWHT, the computer program of three-dimensional thermal-elasto-plasto-creep analysis based on finite element method are developed, and then the mechanical behavior(history of creep strain accumulation and stress relaxation, etc)of welded join in thick plate during PWTH is clarified by the numerical results.
The root pile system is insitu soil reinforcement technique that uses a series of reticulately installed micropiles. In terms of mechanical improvement by means of grouted reinform ming elements, the root pile system is similar to the soil nailing system. The main difference between root piles and soil nailing are due to the fact that the reinforcing bars in root piles are normally grouted under high pressure and that the alignments of the reinforcing members differ. Recently, the root pile system has been broadly used to stabilize slopes and retain excavations. The accurate design of the root pile system is, however, a very difficult tass owing to geometric variety and statical indetermination, and to the difficulty in the soilfiles interaction analysis. As a result, moat of the current design methods have been heavily dependent on the experiences and approximate approach. This paper proposes a quasi-three dimensional method of analysis for the root pile system applied to the stabilization of slopes. The proposed methods of analysis include i) a technique to estimate the change in borehole radium as a function of the grout pressure as well as a function of the time when the grout pressure is applied, ii) a technique to evaluate quasi -three dimensional limit-equilibrium stability for sliding, iii) a technique to predict the stability with respect to plastic deformation of the soil between adjacent root piles, and iv) a quasi -three dimensional finite element technique to compute stresses and dis placements of the root pile structure barred on the generalized plane strain condition and composite unit cell concept talon형 with considerations of the group effect and knot effect. By using the proposed technique to estimate the change in borehole radius as a function of the grout pressure as well as a function of the time, the estimations are made and compar ed with the Kleyner 8l Krizek's experimental test results. Also by using the proposed quasi-three dimensional analytical method, analyses have been performed with the aim of pointing out the effects of various factors on the interaction behaviors of the root pile system.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.457-464
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2005
A three-dimensional (3-D) method of analysis is presented for determining the free vibration frequencies and mode shapes of thick, complete (not truncated) conical shells of revolution, Unlike conventional shell theories, which are mathematically two-dimensional (2-D). the present method is based upon the 3-D dynamic equations of elasticity. Displacement components $u_{r},\;u_{z},\;and\;u_{\theta}$ in the radial, axial, and circumferential directions, respectively, are taken to be sinusoidal in time, periodic in , and algebraic polynomials in the r and z directions. Potential (strain) and kinetic energies of the conical shells are formulated, the Ritz method is used to solve the eigenvalue problem, thus yielding upper bound values of the frequencies by minimizing the frequencies. As the degree of the polynomials is increased, frequencies converge to the exact values. Convergence to four-digit exactitude is demonstrated for the first five frequencies of theconical shells. Novel numerical results are presented for thick, complete conical shells of revolution based upon the 3-D theory. Comparisons are also made between the frequencies from the present 3-D Ritz method and a 2-D thin shell theory.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.347-356
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2006
In this paper, practical nonlinear inelastic analysis method of 3-dimensional steel structures accounting for gradual yielding with fibers on a section is developed. Geometric nonlinearities of member(p-$\delta$) and frame(p-$\Delta$) are accounted for by using stability functions. Residual stresses are considered by assigning initial stresses to the fiber on the section. The elastic core in a section is investigated at every loading step to determine the axial and bending stiffness reduction. The strain reversal effect is captured by investigating the stress change of each fiber. The proposed analysis proves to be useful in applying for practical analysis and design of three-dimensional steel frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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