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• Stress-accurate Mixed FEM for soil failure under shallow foundations involving strain localization in plasticity

  L. Benedetti, M. Cervera, M. Chiumenti

  Computers and geotechnics (2015). (preprint) Vol. 64, pp. 32-47

  
  

  Abstract

  The development of slip lines, due to strain localization, is a common cause for failure of soil in many circumstances investigated in geotechnical engineering. Through the use of numerical methods – like finite elements – many practitioners are able to take into account complex geometrical and physical conditions in their analyses. However, when dealing with shear bands, standard finite elements display lack of precision, mesh dependency and locking. This paper introduces a (stabilized) mixed finite element formulation with continuous linear strain and displacement interpolations. Von Mises and Drucker–Prager local plasticity models with strain softening are considered as constitutive law. This innovative formulation succeeds in overcoming the limitations of the standard formulation and provides accurate results within the vicinity of the shear bands, specifically without suffering from mesh dependency. Finally, 2D and 3D numerical examples demonstrate the accuracy and robustness in the computation of localization bands, without the introduction of additional tracking techniques as usually required by other methods.

  Abstract
  The development of slip lines, due to strain localization, is a common cause for failure of soil in many circumstances investigated in geotechnical engineering. Through the [...]

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• A localized mapped damage model for orthotropic materials

  L. Pelà, M. Cervera, S. Oller, M. Chiumenti

  Engineering Fracture Mechanics (2014). (preprint) Vol. 124-125, pp. 196-216

  
  

  Abstract

  This paper presents an implicit orthotropic model based on the Continuum Damage Mechanics isotropic models. A mapping relationship is established between the behaviour of the anisotropic material and that of an isotropic one. The proposed model is used to simulate the failure loci of common orthotropic materials, such as masonry, fibre-reinforced composites and wood. The damage model is combined with a crack-tracking technique to reproduce the propagation of localized cracks in the discrete FE problem. The proposed numerical model is used to simulate the mixed mode fracture in masonry members with different orientations of the brick layers.

  Abstract
  This paper presents an implicit orthotropic model based on the Continuum Damage Mechanics isotropic models. A mapping relationship is established between the behaviour of [...]

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• Computational Modeling and Sub-Grid Scale Stabilization of Incompressibility and Convection in the Numerical Simulation of Friction Stir Welding Processes

  C. Agelet de Saracibar, M. Chiumenti, M. Cervera, N. Dialami, A. Seret

  Archives of Comp. Meths. Engng. (2014). (preprint) Vol. 21 (1), pp. 3-37

  
  

  Abstract

  This paper deals with the computational modeling and sub-grid scale stabilization of incompressibility and convection in the numerical simulation of the material flow around the probe tool in a friction stir welding (FSW) process. Within the paradigmatic framework of the multiscale stabilization methods, suitable pressure and convective derivative of the temperature sub-grid scale stabilized coupled thermomechanical formulations have been developed using an Eulerian description. Norton-Hoff and Sheppard-Wright thermo-rigid-viscoplastic constitutive material models have been considered. Constitutive equations for the sub-grid scale models have been proposed and an approximation of the sub-grid scale variables has been given. In particular, algebraic sub-grid scale (ASGS) and orthogonal sub-grid scale (OSGS) methods for mixed velocity, pressure and temperature P1/P1/P1 linear elements have been considered. Furthermore, it has been shown that well known classical stabilized formulations, such as the Galerkin least-squares (GLS) for incompressible (or quasi-incompressible) problems or the Streamline Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) method for convection dominant problems, can be recovered as particular cases of the multiscale stabilization framework considered. Using a product formula algorithm for the solution of the coupled thermomechanical problem, the resulting algebraic system of equations has been solved using a staggered procedure in which a mechanical problem, defined by the linear momentum balance equation, under quasi-static conditions, and the incompressibility equation, is solved first at constant temperature. Then a thermal problem, defined by the energy balance equation, is solved keeping constant the mechanical variables, i.e. velocity and pressure. The computational model has been implemented in an enhanced version of the finite element software COMET, developed by the authors at the International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE). Two numerical examples have been considered. The first one deals with the numerical simulation of a coupled thermomechanical flow in a 2D rectangular domain. Steady-state and transient conditions have been considered. The goal of this numerical example has been the comparison between different sub-grid scale stabilization methods for the velocity and temperature equations. In particular, using a GLS stabilization method for the pressure equation, a comparison between SUPG and OSGS convective stabilization methods has been performed. Additionally, using a SUPG stabilization method for the temperature equation, a comparison between GLS and OSGS pressure stabilization methods has been done. The second example deals with the 3D numerical simulation of a representative FSW process. Numerical results obtained have been compared with experimental results available in the literature. A good agreement on the temperature distribution has been obtained and predicted peak temperatures compare well, both in value and position, with the experimental results available.

  Abstract
  This paper deals with the computational modeling and sub-grid scale stabilization of incompressibility and convection in the numerical simulation of the material flow around [...]

  • 25
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• Comparison of a Fluid and a Solid Approach for the Numerical Simulation of Friction Stir Welding with a Non‐Cylindrical Pin

  P. Bussetta, N. Dialami, R. Boman, M. Chiumenti, C. Agelet de Saracibar, M. Cervera, J. Ponthot

  Steel Research International (2014). (preprint) Vol. 85 (6), pp. 968-979

  
  

  Abstract

  Friction stir welding (FSW) process is a solid‐state joining process during which materials to be joined are not melted. As a consequence, the heat‐affected zone is smaller and the quality of the weld is better with respect to more classical welding processes. Because of extremely high strains in the neighborhood of the tool, classical numerical simulation techniques have to be extended in order to track the correct material deformations. The Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) formulation is used to preserve a good mesh quality throughout the computation. With this formulation, the mesh displacement is independent from the material displacement. Moreover, some advanced numerical techniques such as remeshing or a special computation of transition interface is needed to take into account non‐cylindrical tools. During the FSW process, the behavior of the material in the neighborhood of the tool is at the interface between solid mechanics and fluid mechanics. Consequently, a numerical model of the FSW process based on a solid formulation is compared to another one based on a fluid formulation. It is shown that these two formulations essentially deliver the same results in terms of pressures and temperatures.

  Abstract
  Friction stir welding (FSW) process is a solid‐state joining process during which materials to be joined are not melted. As a consequence, the heat‐affected zone is smaller [...]

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• Identificaçao modal estocástica de estruturas de engengharia civil

  F. Magalhaes, A. Cunha, E. Caetano

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2005). MIS54, ISBN: 84-95999-77-3

  
  

  Abstract

  Neste contexto, as técnicas de identificaçao dos parámetros modais da estrutura (frequencias naturais, configuraçoes dos modos de vibraçao e coeficientes de amortecimento modais) com base na realizaçao de ensaios dinámicos surgem com ferramentas de grande interesse, no sentido de dar suporte à análise de correlaçao entre parámetros identificados e calculados, à actualizaçao e validaçao experimental das modelaçoes numéricas desenvolvidas e subsequente avalidaçao experimental das modelaçoes numéricad desenvolvidas e subsequente avaliaçao da capacidade de carga efectiva das estruturas.

  Abstract
  Neste contexto, as técnicas de identificaçao dos parámetros modais da estrutura (frequencias naturais, configuraçoes dos modos de vibraçao [...]

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• Ferrocemento: Un acercamiento al diseño sísmico

  D. Bedoya, J. Farbiaz, J. Hurtado, L. Pujades

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2002). MIS50, ISBN: 84--95999-23-4

  
  

  Abstract

  El estudio que aquí se expone propone una alternativa al diseño y construcción de viviendas de interés social, ubicadas en zonas de alta sismicidad, utilizando como material de construcción el ferrocemento. En Colombia, y bajo la jurisdicción de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistentes, NSR-98 (Ley 400 de 1997, y sus decretos reglamentarios), la vivienda de bajo costo se construye generalmente con mampostería estructural, respaldada por el Título D, Mampostería Estructural, o por el Título E, Casas de uno y dos pisos, que desde febrero de 2002 incluye construcciones en mampostería confinada y construcciones en bahareque encementado.

  Abstract
  El estudio que aquí se expone propone una alternativa al diseño y construcción de viviendas de interés social, ubicadas en zonas de alta sismicidad, [...]

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• Criterio de diseño de puentes con aisladores y disipadores de energía

  M. Jara, J. Casas

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2002). MIS49, ISBN: 84-95999-02-1

  
  

  Abstract

  La búsqueda de medios para proporcionar suficiente resistencia a una estructura y asegurar un comportamiento satisfactorio para diferentes niveles de intensidad sísmica, ha proporcionado un desarrollo notable en los últimos veinte años del uso de los sistemas de control de vibraciones. El concepto general en el que se basan estos dispositivos consiste en el aumento de la capacidad del sistema para disipar energía, mediante la aplicación de fuerzas pasivas o activas, contrarias a las generadas por la acción externa. También se reconoce la importancia de controlar el periodo de la estructura para evitar que coincida con las frecuencias en las que se concentra la mayor parte de la energía del sismo. A la fecha los sistemas de control pasivo son los que han sido empleados con mayor frecuencia, y entre ellos, el aislamiento de base el más utilizado. Las razones por las que se ha preferido estos sistemas son de carácter económico, de fiabilidad, de mantenimiento y a su mayor desarrollo teórico y tecnológico. Los apoyos de neopreno y los apoyos deslizantes que se utilizan en el diseño de puentes para permitir los movimientos horizontales del tablero producidos por la temperatura y la reología, son un antecedente que facilita la adaptación tecnológica de los dispositivos de aislamiento de base y disipación de energía pasiva. Además de la necesidad de mantener en operación los puentes estratégicos después de la ocurrencia de un sismo destructivo, las características estructurales de estos sistemas y su alta vulnerabilidad sísmica, los hacen candidatos idóneos para el uso de dispositivos de control para su protección frente a sismo.

  Abstract
  La búsqueda de medios para proporcionar suficiente resistencia a una estructura y asegurar un comportamiento satisfactorio para diferentes niveles de intensidad sísmica, [...]

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• Control de vibraciones en puentes. Un estado del arte y de la práctica

  A. Jarauta, J. Casas

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2002). MIS48, ISBN: 84-95999-01-3

  
  

  Abstract

  Los daños que producen los sismos en los sistemas de transporte, suelen tener un impacto significativo en el total de las pérdidas económicas producidas por estos eventos, tanto por los gastos que provienen directamente de la rehabilitación y sustitución de las estructuras dañadas, como por los costos indirectos debidos al cierre temporal de las vías de comunicación, que afectan los tiempos de desplazamiento en las rutas comerciales durante periodos que pueden prolongarse durante varios meses. En algunos casos, la pérdida de vidas humanas se ha incrementado de forma importante como consecuencia directa del derrumbe de algunos puentes; además, debe considerarse que la interrupción del tránsito, puede obstacularizar las labores de rescate, así como el transporte de víveres, medicinas y materiales, a las zonas afectadas. La actividad sísmica de las últimas décadas ha puesto de manifiesto la vulnerabilidad de los puentes ante este fenómeno, y ha dejado constancia de los grandes costos derivados de los fallos que se producen en los mismos. Sismos como el de San Fernando (1971), Tangshan (1976), Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) y Taiwan  (1999), entre otros, han provocado fallos de importancia en los sistemas de transporte, y han  incrementado las pérdidas económicas de forma notable. En la siguiente sección, presentamos un panorama general de la magnitud del problema, mediante una breve descripción de las consecuencias derivadas de los daños provocados en los puentes, por algunos de los sismos más importantes ocurridos en el mundo  en los últimos años.

  Abstract
  Los daños que producen los sismos en los sistemas de transporte, suelen tener un impacto significativo en el total de las pérdidas económicas producidas [...]

  • 48
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• Estudio analítico sobre el comportamiento sísmico de muros de mampostería confinada con aberturas

  J. Alvarez, S. Alcocer

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2001). MIS46, ISBN: 84-89925-90-9

  
  

  Abstract

  El objetivo fundamental de este trabajo, es estudiar de manera analítica las implicaciones que tiene la existencia de aberturas en la degradación de resistencia y de rigidez en muros de mampostería confinadas. Se han elaborado y analizado varios modelos no lineales de elementos finitos de muros de mampostería confinada con y sin aberturas.

  Abstract
  El objetivo fundamental de este trabajo, es estudiar de manera analítica las implicaciones que tiene la existencia de aberturas en la degradación de resistencia [...]

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• Evaluación del daño en edificios y desempeño sísmico programa de ordenador CEINCI3

  R. Aguiar

  Monograph Series in Earthquake Engineering, editor A. H. Barbat (2001). MIS45, ISBN: 84-89925-87-9

  
  

  Abstract

  Las normas que están vigentes en la mayoría de los códigos y normativas sísmicas tienen un objetivo principal: que la estructura tenga un buen comportamiento inelástico ante un sismo severo, el mismo que se define mediante estudios de peligrosidad sísmica, considerando una vida útil de la estructura de 50 años y con un 10% de probabilidad de excedencia. Este mismo tiene un período de retorno que está alrededor de los 475 años. Para este evento, que tiene muy poca probabilidad de registrarse durante la vida útil de la estructura, se desea, que la edificación disipe la mayor cantidad de energía y no colapse. De tal forma que el objetivo principal de la mayor parte de los códigos es salvar vidas para el sismo severo El objetivo indicado en el párrafo anterior, se ha venido cumpliendo en la práctica, en estructuras bien diseñadas pero cuando se han  registrado sismos de menor magnitud, con aceleraciones menores a las esperadas en el sismo severo se ha visto que el daño estructural y no estructural es demasiado grande de tal manera que las pérdidas registradas han sido cuantiosas, inaceptables para la sociedad y sus gobiernos. Esto se lo ha comprobado en distintos países como México, USA, entre otros.

  Abstract
  Las normas que están vigentes en la mayoría de los códigos y normativas sísmicas tienen un objetivo principal: que la estructura tenga un buen [...]

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