Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.12-17
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2018
In order to enhance the realism of a virtual environment, a method of maximizing the stiffness of the virtual environment model is needed, which maintains the stability of the haptic system. In our previous research, we proposed a haptic system with a first order hold, instead of a zero order hold, and showed that the maximum available stiffness of a virtual spring with the first-order hold is larger than that with the zero-order hold. However, in terms of real system implementation, the zero order hold is a more common and easy method. In this paper, we propose an extrapolation method and a high frequency zero-order-hold output method in order to obtain the stability region using a zero order hold, which is equivalent to the method using the first-order-hold. The simulation results shows that the stability range of the virtual spring becomes almost the same as that of the method using the first order hold when the sampling period of the high frequency zero-order-hold method is decreased. Moreover, the stability range of the proposed method is several times to several tens of times greater than that of the method using the zero order hold only. Therefore, it is expected that the proposed method can enhance the realism of rigid bodies in a virtual environment.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.143-150
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2021
To develop the technique for predicting the horizontal displacement of a retaining wall induced by an earthquake, an equation of motion that depicts the retaining wall-soil vibrating system was derived. The resulting differential equation was solved using the Runge-Kutta-Nystr?m method. Considering the pre-mentioned derivation process, the analysis procedures for obtaining horizontal displacement induced by an earthquake were programmed. The core algorithm of the displacement-force relationship, which is the main engine of the developed program, was suggested. Considering the results obtained by adopting the developed program to the assumed retaining wall under an earthquake, the relationships between the time-displacement, time-force, and displacement-force were reasonable. According to the results computed by the program, the displacements to the front direction of the wall occurred, and the displacement per cycle converged after some cycles elapsed. Displacements with a natural period were calculated, which showed that the maximum displacement was observed when the natural frequency was slightly different from the excitation frequency rather than the same values of the two frequencies. This happens because the vibrating system was modeled by two springs with different stiffness.
The multi-span suspension bridge generally has more than three towers and two main spans. To economically and effectively design a multi-span suspension bridge, the proper stiffness ratio of the center tower to the side tower must be determined. This study was conducted to propose a method of figuring out briefly the structural behavior of the towers in a multi-span suspension bridge. In the equivalent suspension bridge model, the main cable of the multi-span suspension bridge is idealized as an equivalent cable spring, and the external loads of horizontal and vertical forces that were calculated using the tensile forces of the main cable were applied on top of the towers. The equilibrium equations of the equivalent multi-span suspension bridge model were derived and the equations were solved via nonlinear analysis. To verify the proposed method, a sample four-span suspension bridge with a main span length of 3,000 m was analyzed using thefinite element method. The displacements and moment reactions of each tower in the proposed method were compared with the FEM analysis results. Consequently, the results of the analysis of the equivalent suspension bridge model tended to be consistent with the results of the FEM analysis.
The ground-structure interaction of the bridge foundation has been pointed out as a major factor influencing the behavior of the bridge during earthquakes. In this study, the effect of characteristics of ground and bridge foundation on the earthquake vulnerability is investigated. From the pseudo-static analysis, it is confirmed that non-linearity becomes lesser and horizontal load becomes greater when surcharge is considered. It is also found that as the ground worsens and the size of foundation decreases, horizontal load reduces. To derive reasonable structural model for bridge foundation, fragility curve is obtained considering four conditions (fixed condition, equivalent linear condition, non-linear without surchage condition, non-linear with surcharge condition) and compared. Seismic analysis is performed on single pier with Opensees. From the earthquake vulnerability analysis, it is found that shallow foundation can be assumed as fixed condition. In conservative approach, stiffness of spring can be obtained based on Korean highway bridge design code for pile foundation which can consider the ground condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.5
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pp.461-466
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2015
Atomic force microscopy (AFM) is powerful tool for determining properties of samples based on interactions between the sample surface and an approaching probe tip. In this study, we modeled the interactions between the sample and the tip of the AFM microcantilever as a single nonlinear spring with an equivalent stiffness element and simulated the dynamic behaviors of the AFM microcantilevers using the finite element method (FEM) and ANSYS software. With the simulation results, we analyzed the complex dynamic responses of the AFM cantilever using proper orthogonal decomposition (POD). In addition, we compared the simulation and experimental results using the same method. Consequently, we suggest an effective method to express the interaction between the tip and sample, and we confirm that the influence of the higher order model due to the interaction between the tip and sample is increased.
Recently, as the size of buildings structure becomes large increases, their mat area of building structure is supported or by an inhomogeneous foundation. This paper presents a vibration analysis on thick plates subjected to in-plane force is presented in this paper. The rectangular plate is isotropic, homogeneous, and composed of a linearly elastic material. A vibration analysis of the rectangular thick plate iwas done by useing ofarectangular finite element with 8 nodes and 9 nodes. In this study, the foundation was idealized as a Pasternak foundation model. A Pasternak foundation haves a shear layer on Winkler's model, which idealizes the foundation as a vertical spring. In order tTo analysze the vibration of a plate supported on by an inhomogeneous Pasternak foundation, the value of the Winkler foundation parameter of the central and border zones of the plate awere chosen as WFP1 and WFP2. (fFigure 4.). The Winkler foundation parameter of WFP1 and WFP2 is varied from 0 to 10, $10^2$, and $10^3$ and the shear foundation parameters is were 0, 5, and 10. The ratio of the in-plane force to the critical load iwas applied as 0.4 to 0.8
When an initially straight thin cylinder is bent, there is a tendency for the cross section to flatten. This phenomenon was investigated by L.G. Brazier in 1927 and is called "Brazier Effect" or "Brazier Theory". The main characteristic is the reduction of carrying capacity due to the decrease of bending stiffness by shortening of thickness with the increase of external load. And the relationship of curvature-bending moment becomes a soft spring type as shown in Fig.2. In this paper, the Brazier theory on plate type structures is investigated from the following view points : (1) What is the Brazier effect? (2) the reason of the occurrence of the Brazier effect in plate type structures by using beam model and (3) factors which cause the brazier effect.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.51-61
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2002
In this research, a numerical algorithm is developed for the response analysis of burined pipelines considering longitudinal permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction induced lateral spreading. Buried pipelines and surrounding soil are modeled as continuous pipelines using the beam elements and a series of elasto-plastic springs represented for equivalent soil stiffness, respectively. Idealized various PGD patterns based on the observation of PGD are used as a loading configuration and the length of the lateral spread zone is considered as loading parameter. Numerical results are verified with other research results and efficient applicability of developed procedure is shown. Analyses are performed by varying different parameters such as PGD pattern, pipe diameter and pipe thickness. Through these procedures, relative influences of various parameters on the response of buried pipeline subject to longitudinal PGD are investigated.
A large diameter sampler was developed to take undisturbed samples from not only soft ground but also sandy and weathered ground. The large diameter sampler which was developed in Korea Institute of Construction Technology(KICT-type large diameter sampler) was manufactured based on the principle of triple core barrel sampling. A specially designed cutting device was used to cut and contain various kinds of samples in the sampler during a sampling and retrieval procedure. By adjusting the stiffness of the spring located at the top of the sampler, the distance between the cutting shoe and auger can be controlled in accordance with the ground condition. In order to investigate the applicability of the developed sampler and compare the quality of the samples taken by the sampler with that by the traditional thin-walled tube sampler, samples were taken at various sites according to the ground condition. And a series of laboratory tests such as the unconfined compress ion test, triaxial compression test, oedometer test, large diameter Rowe cell consolidation test (D: 150 mm) were performed. The test results showed that the samples by the KICT-type large diameter sampler show higher quality than the samples by the thin-walled tube sampler. And the validity and applicability of the developed KICT-type large diameter sampler was confirmed accordingly.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.589-596
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2014
Joints, fasteners or connected parts frequently have a significant effect on the dynamical behavior of assembled mechanical structures. Therefore, the analytical prediction of structural responses depends on the accuracy of joint modeling. This paper deals with the formulation and analysis of dynamic mechanism for joint flexibilities whose relevant magnitudes of stiffnesses are investigated by using linear and torsional springs. The equation of motion is derived by using a generic joint in the middle of clamped-clamped beam. A reanalysis due to changes in magnitudes of joint stiffnesses is based on the reduced analysis where the binomial series terms are used as basis vectors. The solution procedures are straightforward and the method can be readily used with a general finite element method. The computational effort needed by this approach is usually much smaller than the effort needed for complete vibration analysis. Two numerical examples show that accurate results are obtained efficiently by reducing the number of degree in the reduced model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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