A Lead Extrusion Damper (LED) is experimentally studied under various frequencies and displacement amplitudes. Experimental results show that the force-displacement hysteresis loops of the LED are close to rectangular and the force-velocity hysteresis loops exhibit nonlinear hysteretic characteristic. Also, the LED can provide consistent energy dissipation without any stiffness degradation. Based on the experimental results, a mathematical model is then proposed to describe the effects of frequency and displacement on property of LED. It can be proved from the comparison between experimental and numerical results that the mathematical model can accurately describe the mechanical behavior of LED. Subsequently, the seismic responses of the Schwedler reticulated shell structure with LEDs are analyzed by ANSYS software, in which three different installation forms of LEDs are considered. It can be concluded that the LED can effectively reduce the displacement and acceleration responses of this type of structures.
This paper focuses on the thermal deformation induced preload change in the tilting pad journal bearing, using a three-dimensional (3D) thermo-hydro-dynamic (THD) approach. Preload is considered as a critical factor in designing the tilting pad journal bearing. The initial preload measured under nil external load and nil thermal gradient is influenced by two factors, namely, the thermal deformation and elastic deformation. Thermal deformation is due to a temperature distribution in the bearing pads, whereas the elastic deformation is due to fluid forces acting on the pads. This study focuses on the changes induced in preload and film clearance due to thermal deformation. The generalized Reynolds equation is used to evaluate the force of the fluid and the 3D energy equation is used to calculate the temperature of the lubricant. The abovementioned equations are combined by establishing a relationship between viscosity and temperature. The heat transfer within the bearing pads, the lubricant, and the spinning journal is calculated using the heat flux boundary condition. The 3D Finite Element Method (FEM) is used in modeling the (1) heat conduction in the spinning journal and bearing pads, (2) thermal gradient induced thermal distortion of the spinning journal and pads, and (3) viscous shearing, and heat conduction and convection in a thin film. This evaluation method has an increased fidelity, and it can prove to be a cost-effective tool that can be used by designers to predict the dynamic behavior of a bearing.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.469-476
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2023
Soil plasticity models for cyclic and dynamic loads are essential in non-linear numerical analysis of geotechnical structures. While a single yield surface model shows a linear behavior for cyclic loads, J2-bounding surface plasticity model with zero elastic region can effectively simulate a nonlinearity of the ground response with the same material properties. The radius of the yield surface inside the boundary surface converged to 0 to make the elastic region disappear, and plastic hardening modulus and dilatancy define plastic strain increment. This paper presents the stress-strain incremental equation of the developed model, and derives plastic hardening modulus for the hyperbolic model. The comparative analyses of the triaxial compression test and the shallow foundation under the cyclic load can show stable numerical convergence, consistency with the theoretical solution, and hysteresis behavior. In addition, plastic hardening modulus for the modified hyperbolic function is presented, and a methodology to estimate model variables conforming 1D equivalent linear model is proposed for numerical modeling of the multi-dimensional behavior of the ground.
For the purpose of preciously describing real time traffic pattern in urban road network, dynamic network loading(DNL) models able to simulate traffic behavior are required. A number of different methods are available, including macroscopic, microscopic dynamic network models, as well as analytical model. Equivalency minimization problem and Variation inequality problem are the analytical models, which include explicit mathematical travel cost function for describing traffic behaviors on the network. While microscopic simulation models move vehicles according to behavioral car-following and cell-transmission. However, DNL models embedding such travel time function have some limitations ; analytical model has lacking of describing traffic characteristics such as relations between flow and speed, between speed and density Microscopic simulation models are the most detailed and realistic, but they are difficult to calibrate and may not be the most practical tools for large-scale networks. To cope with such problems, this paper develops a new DNL model appropriate for dynamic traffic assignment(DTA), The model is combined with vertical queue model representing vehicles as vertical queues at the end of links. In order to compare and to assess the model, we use a contrived example network. From the numerical results, we found that the DNL model presented in the paper were able to describe traffic characteristics with reasonable amount of computing time. The model also showed good relationship between travel time and traffic flow and expressed the feature of backward turn at near capacity.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1991.04a
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pp.153-158
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1991
Recently, demands on light weight, high strength, and low noise or vibration have led to the design of complicated structural systems. Although finite elements [1], mode synthesis [2], and statistical energy analysis [3] can be used to compute the dynamic response of such systems, the structural complexity has made the interpretation of the results of such analysis difficult. Many researchers in dynamic analysis have sought to further develop existing theories or develop alternate methods to obtain greater insight in the behavior of large massive primary systems (P systems) with connected light secondary systems (S systems). Some recent research includes work by Sackman and Kelly [4], Sackman et al.[5], Der Kiureghian et al.[6], and Igusa and Der Kiureghian [7-9] who have combined mode synthesis concepts, matrix algebraic theory, and perturbation methods for characterizing weakly-coupled structural systems. A major limitation of these works are that they are limited to lumped mass S systems. In this paper, the general ideas in the Refs.[4-9] are used to study continuous S systems and the method to reduce the complexity, studied in the works by Igusa, Achenbach, and Min [10,11], is developed into the frequency window method.
To study the carrying capacity behavior of pile, dynamic pile testis and static load tests were carried out on two instrumented piles during and some time after pile driving. Cone Penetration Test( CPT) and Standard Penetration Test(SPT) were also performed at the test site before pile tests to investigate the relationship between unit skin friction of piles and cone tip resistance values and SPT N values. Total static capacity of pile reached the ultimate stage at the pile head settlement of about 0.055D (D : Pile diameter), at which skin friction of Pile already Passed the maximum value, but the end bearing was still increasing with the pile head settlement. The carrying capacity of pile increased in the form of natural logarithmic function with the time after pile driving. The increase in skin friction with time was very substantial the increase in skin friction 40 days after pile driving was 4.6 times of that determined during pile driving. The contribution of skin friction to the total capacity twas insignificant in the beginning, but became substantial 40 days after pile driving. This implies that the tested pile initially responded as an end bearing pile and later behaved as a friction pile. It was also noted that unit skin friction of pile might be ielated to cone tip resistance values(q.) and SPT N values, though the coefficient of this relationship might differ from one soil group to another and was somewhat greater than the value used in the design practice of Korea.
In this paper the strain energy density (SED) model is used to analyze the seismic behavior of suspen-domes and a new criterion is established for judging the seismic failure based on a characteristic point in the SED model. Firstly, a nonlinear time-history response analysis was carried out using the finite-element package ANSYS for typical suspen-domes subjected to different ground motions. The seismic responses including nodal displacements, ratios of yielding members, strain energy density and structural maximum deformation energy were extracted corresponding to the increasing peak ground acceleration (A). Secondly, the SED sum ($I_d$) was calculated which revealed that the $I_d-A$ curve exhibited a relatively large change (called a characteristic point) at a certain value of A with a very small load increment after the structures entered the elastic-plastic state. Thirdly, a SED criterion is proposed to judge the seismic failure load based on the characteristic point. Subsequently, the case study verifies the characteristic point and the proposed SED criterion. Finally, this paper describes the unity and application of the SED criterion. The SED method may open a new way for structural appraisal and the SED criterion might give a unified criterion for predicting the failure loads of various structures subjected to dynamic loads.
Yousef A. Alessi;Ibrahim Ali;Mashhour A. Alazwari;Khalid Almitani;Alaa A Abdelrahman;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.179-202
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2023
This article presents a numerical analysis to investigate the natural frequencies and harmonic response of a perforated cantilever beam attached to two layers of piezoelectric materials by using the finite element method for the first time. The bimorph piezoelectric is composed of 3 layers; two of them at the outer are piezoelectric, and the inner isotropic material. A higher order 3-D 20-node solid element that exhibits quadratic displacement behavior is exploited to discretize the isotropic layer, and coupled piezoelectric 3D element with twenty nodes is used to mesh the top and bottom layers. CIRCU94 element is added to act as a resistor part of the model. The proposed model is validated with previous works. The numerical parametric studies are presented to illustrate the effects of perforation geometry, the number of rows, the resistance on the natural frequencies, frequency response, and power. It is found that the thickness has a positive relationship with the natural frequency. Perforations help in producing higher voltage, and the best shape is rectangular perforations, and to produce higher voltage, two rows of rectangular perforations should be applied.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datta, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.5
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pp.625-641
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2020
The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.2
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pp.135-141
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2011
A smart home provides services that its inhabitant needs or wants, by integrating and simultaneously controlling various devices and sensors. In this study, we focused on a smart-home system for people with disabilities and for elderly people. We introduced a new type of system for real-time analysis of body posture of the inhabitants of a smart home. The system includes the concept that offers remote healthcare or medical services by using a 3D tilt sensor for recognizing the static and dynamic postures of inhabitants in real time. It consists of a smart-home server and a 3D tilt sensor, and it uses wireless technology to communicate with the inhabitants and thus enhance their mobility. The smart-home server includes the inference engine that differentiates the dynamic postures from the static ones. Finally, we also demonstrate the usefulness of the proposed system by applying it to a real environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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