Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.12
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pp.2287-2297
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1992
The Formulation of a new Hermite straight beam element to eliminate the shear locking is presented. All the kinematic variables in Timoshenko beam are reinterpreted by the consideration of equilibrium equations together. It shows that when the modified transverse displacement field is used the Timoshenko beam looks apparently the same as the Euler beam. The element is formulated for the modified transverse displacement field to have the same interpolation scheme as that in the Hermite element. Transformation Matrix which relates a modified nodal vector with nonmodified one is also introduced to deal with general boundary conditions. Several examples are demonstrated and discussed for the purpose of verification of the concepts employed. The solutions obtained reveal that the element describes of the beam quite correctly, showing no locking and that it is also applicable to the analysis of both thin and thick beams.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.245-253
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2020
In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.
Choo, Jeong Hwan;Jung, Hyun Bum;Hong, Sang Ryel;Kim, Yong Kap;Kim, Jae San
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.5
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pp.421-426
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2017
In this study, we propose a method for predicting the mechanical properties of the printed circuit board (PCB) that has transversely isotropic characteristics. Unlike the isotropic material, there is no specific test standard for acquisition of the transversely isotropic properties. In addition, common material test methods are not readily applicable to that type of laminated thin plate. Utilizing the natural frequency obtained by a modal test and the sizing optimization technique provided in $OptiStruct^{(R)}$, the mechanical properties of a PCB were derived to minimize the difference between test and analysis results. In addition, the validity of the predicted mechanical properties was confirmed by the MAC (Modal Assurance Criteria) value of each of the compared mode shapes. This proposed approach is expected to be extended to the structural analysis for the design verification of the top product that includes a PCB.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.395-404
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2005
This paper presents a reliable numerical procedure for nonlinear time-history analysis of space steel frames subjected to dynamic loads. Geometric nonlinearities of member (P-$\delta$) and frame (P-$\Delta$) are taken into account by the use of stability functions in framed stiffness matrix formulation. The gradual yielding along the member length and over the cross section is included by using a tangent modulus concept and a softening plastic hinge model based on the New-Orbison yield surface. A computer program utilizing the average acceleration method for the integration scheme is developed to numerically solve the equation of motion of framed structure formulated in an incremental form. The results of several numerical examples are compared with those derived from using beam element model of ABAQUS program to illustrate the accuracy and the computational efficiency of the proposed procedure.
In this study, Interaction among each element was construed by the unit of new stiffness matrix to analyze the finite element about Japanese precast concrete slab track and improved slab track. Dynamic analysis which is assumed a static analysis and a trainload on the transverse and the longitudinal load of the train into a series periodic function was performed by using the common program. And then, the difference of the movement between an improved section and an existing structure type was realized. Longitudinal static analysis indicated that the stress of the improved section is smaller than that of the protrusion of the existing slab track. And static and dynamic analysis on transverse load showed a little decrease of the displacement on new slab track. But the dynamic analysis result showed that new track system was considerably decreased by 30% compared with the existing Japanese slab track.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.3
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pp.240-248
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2013
Torsional vibrations, such as the gear rattle of the manual transmission in vehicle systems, are correlated with the firing stroke from the engine. These vibro-impacts can be examined based upon linear time-invariant analysis. In order to understand the gear dynamics, a specific manual transmission with a front-engine front-wheel drive configuration is investigated. A method to reduce the degrees of freedom is suggested based upon the eigensolutions and frequency response functions, which will lead to the development of an efficient matrix size. The dynamic characteristics of single- and dual-mass flywheels are then compared. The effect of the dual-mass flywheel is investigated based upon the mobility analysis, which will lead to understanding of the concepts for avoiding vibro-impacts. A linear time-invariant system model is examined by employing the effective clutch stiffness from a two-stage clutch damper. Thus, the relationship between the dynamic characteristics and the clutch damper can be predicted by assuming a combination of different stage stiffness levels.
The aim of the current study is to develop a nonlinear isoparametric layered frame finite element (FE) analysis of FRP strengthened reinforced concrete (RC) beam or column members by a force-based FE formulation. In sections, concrete is modeled in the triaxial stress-strain relationship state and the FRP sheet is modeled as layered composite materials in two-dimension. The element stiffness matrix derived by the force-based FE has the force-interpolation functions without assuming the displacement shape functions. A lateral load test of RC column strengthened by GFRP sheets was analyzed by the developed force-based FE model. From comparative studies of the experimental and analysis results, it was shown to compare with the stiffness FE method that the force-based FE analysis could give more accurate predictions in the overall lateral load-deflection response as well as in nonlinear deformations and damages in the column plastic hinge region.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4_1
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pp.67-76
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1992
A hierarchical formulation based on p-version of the finite element method for linear elastic axisymmetric stress analysis is presented. This is accomplished by introducing additional nodal variables in the element displacement approximation on the basis of integrals of Legendre polynomials. Since the displacement approximation is hierarchical, the resulting element stiffness matrix and equivalent nodal load vectors are hierarchical also. The merits of the propoosed element are as follow: i) improved conditioning, ii) ease of joining finite elements of different polynomial order, and iii) utilizing previous solutions and computation when attempting a refinement. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy, efficiency, modeling convenience, robustness and overall superiority of the present formulation. The results obtained from the present formulation are also compared with those available in the literature as well as with the analytical solutions.
Many studies on the second-order analysis of reinforced concrete columns have been dealt for symmetric sections under uniaxial loading. However, actual columns are practically subjected to hiaxial loading. In order to more accurately predict the behavior of concrete columns under biaxial loading. the interaction between bending moments of major and minor axes should be considered. In this paper, a stiffness matrix of columns under biaxial loadings was derived and a numerical method was proposed. Numerical analyses, based on the proposed method. were performed to predict behavior of concrete columns with square and rectangular sections under various loading conditions. The analytical results were compared to those using the moment magnifier method in ACI code. It was found that the ultimate strength of concrete rectangular columns, fhr some cases of' biaxial loading conditions. calculated by the moment magnifier method was larger than the values based on the proposed method and therefore. may be ovet.'stimated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.37-52
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2012
In this study, a new 4-node general shell element with 6 DOFs per node is presented. Drilling rotational degrees of freedom are introduced by the variational principle with an independent rotation field. In formulation of the element, substitute transverse shear strain fields are used to avoid shear locking, while four nonconforming modes are applied in the in-plane displacement fields as a remedy for membrane locking. In addition, a direct modification method for nonconforming modes is employed in the numerical implementation of nonconforming modes to represent constant strain states. A 9-points integration rule is adopted for volume integration in the computation of the element stiffness matrix. With the combined use of these techniques, the developed shell element has no spurious zero energy modes, and can represent a constant strain state. Several numerical tests are carried out to evaluate the performance of the new element developed. The test results show that the behavior of the elements is satisfactory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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