KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.989-999
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2006
In this paper, numerical analysis method to perform linear dynamic analysis of bridge considering the road surface roughness and bridge-vehicle interaction when vehicle is moving on bridge is presented. The vehicle and bridge are modeled as three-dimension where contact length of tire and pitching of tandem spring are considered and single truck with 2-axles and 3- axles, and tractor-trailer with 5-axles are modeled as 7-D.O.F., 8-D.O.F., and 14-D.O.F., respectively. Dynamic equations of vehicle are derived from the Lagrange's equation and solution of the equation is obtained by Newmark-${\beta}$ method. The surface roughness of bridge deck for this analysis is generated from power spectral density (PSD) function. Beam element for the main girder, shell element for concrete deck and rigid link between main girder and concrete deck are used. The equations of the motion of bridges are solved by mode-superposition procedures. The proposed procedure is validated by comparing the results with the experimental data by Whittemore and Fenves.
An anisotropic damage mechanics approach is introduced which models the static and dynamic behavior of mass concrete in 3D space. The introduced numerical approach is able to model non-uniform cracking within the cracked element due to cracking in Gaussian points of elements. The validity of the proposed model is considered using available experimental and theoretical results under the static and dynamic loads. No instability and stress locking is observed in the conducted analyses. The Morrow Point dam is analyzed including dam-reservoir interaction effects to consider the nonlinear seismic behavior of the dam. It is found that the resulting crack profiles are in good agreement with those obtained from the smeared crack approach. It is concluded that the proposed model can be used in nonlinear static and dynamic analysis of concrete dams in 3D space and enables engineers to define the damage level of these infrastructures. The performance level of the considered system is used to assess the static and seismic safety using the defined performance based criteria.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.6
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pp.67-86
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2009
In this study, a 3D transmitting boundary in water-saturated transversely isotropic soil strata has been developed based on u-w formulation for application to general 3D analysis. Behavior in the far field region is expanded in the Fourier series, and dynamic stiffness for each term is obtained based on the u-w formulation. Transformation of the dynamic stiffness is presented to combine the transmitting boundary with the 3D finite elements for the near field region formulated in a 3D Cartesian coordinate system. The developed transmitting boundary is verified through a comparison of the dynamic behavior of a rigid circular foundation with the results from the existing numerical method. In addition, the developed transmitting boundary is applied to the analysis of the dynamic behavior of rigid foundations of diverse shapes, and the effects of the level of the groundwater table on the dynamic stiffness of a rigid rectangular foundation in the water-saturated transversely isotropic layered stratum are studied.
The present study developed a numerical simulation tool for the coupled dynamic analysis of multiple turbines on a single floater (or Multiple Unit Floating Offshore Wind Turbine (MUFOWT)) in the time domain, considering the multiple-turbine aero-blade-tower dynamics and control, mooring dynamics, and platform motions. The numerical tool developed in this study was designed based on and extended from the single-turbine analysis tool FAST to make it suitable for multiple turbines. For the hydrodynamic loadings of floating platform and mooring-line dynamics, the CHARM3D program developed by the authors was incorporated. Thus, the coupled dynamic behavior of a floating base with multiple turbines and mooring lines can be simulated in the time domain. To investigate the effect of asymmetric aerodynamic loading on the global performance and mooring line tensions of the MUFOWT, one turbine failure case with a fully feathered blade pitch angle was simulated and checked. The aerodynamic interference between adjacent turbines, including the wake effect, was not considered in this study to more clearly demonstrate the influence of the asymmetric aerodynamic loading on the MUFOWT. The analysis shows that the unbalanced aerodynamic loading from one turbine in MUFOWT may induce appreciable changes in the performance of the floating platform and mooring system.
A numerical procedure is described for predicting the motion and structural responses of tension leg platforms(TLPs) in waves. The developed numerical approach is based on a combination of a three dimensional source distribution method and the dynamic response analysis method, in which the superstructure of TLPs is assumed to be flexible instead of rigid. Restoring forces by hydrostatic pressure on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in the motion and structural analysis. The equations of motion of a whole structure are formulated using element-fixed coordinate systems which have the orgin at the nodes of the each hull element and move parallel to a space-fixed coordinate system. Numerical results are compared with the experimental and numerical ones, which are obtained in the literature, concerning the motion and structural responses of a TLP in waves. The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.
Numerical simulation of dynamic soil-pile-structure interaction embedded in a dry sand was carried out. 3D model of the dynamic centrifuge model tests was formulated in a time domain to consider nonlinear behavior of soil using the finite difference method program, FLAC3D. As a modeling methodology, Mohr-Coulomb criteria was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling (Kim et al., 2012) was used as boundary condition to reduce analysis time. Calibration process for numerical modeling results and test results was performed through the parametric study. Verification process was then performed by comparing numerical modeling results with another test results. Based on the calibration and validation procedure, it is identified that proposed modeling method can properly simulate dynamic behavior of soil-pile system in dry condition.
In this study, the numerical code for the 3D nonlinear dynamic analysis of an SLWR (Steel Lazy Wave Riser) was developed using the lumped mass line model in a FORTRAN environment. Because the lumped mass line model is an explicit method, there is no matrix operation. Thus, the numerical algorithm is simple and fast. In the lumped mass line model, the equations of motion for the riser were derived by applying the various forces acting on each node of the line. The applied forces at the node of the riser consisted of the tension, shear force due to the bending moment, gravitational force, buoyancy force, riser/ground contact force, and hydrodynamic force based on the Morison equation. Time integration was carried out using a Runge-Kutta fourth-order method, which is known to be stable and accurate. To validate the accuracy of the developed numerical code, simulations using the commercial software OrcaFlex were carried out simultaneously and compared with the results of the developed numerical code. To understand the nonlinear dynamic characteristics of an SLWR, dynamic simulations of SLWRs excited at the hang-off point and of SLWRs in regular waves were carried out. From the results of these dynamic simulations, the displacements at the maximum bending moments at important points of the design, like the hang-off point, sagging point, hogging points, and touch-down point, were observed and analyzed.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, Gh.
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.499-512
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2017
This paper deals with nonlinear dynamic stability of embedded piezoelectric nano-composite separators conveying pulsating fluid. For presenting a realistic model, the material properties of structure are assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. The separator is reinforced with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) which the equivalent material properties are obtained by mixture rule. The separator is surrounded by elastic medium modeled by nonlinear orthotropic visco Pasternak foundation. The separator is subjected to 3D electric and 2D magnetic fields. For mathematical modeling of structure, three theories of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT) are applied. The differential quadrature method (DQM) in conjunction with Bolotin method is employed for calculating the dynamic instability region (DIR). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the dynamic instability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that the magnetic and electric fields as well as SWCNTs as reinforcer are very important in dynamic instability analysis of structure.
This paper presents a high precision integration method for the dynamic response analysis of structures with holonomic constraints. A detail recursive scheme suitable for algebraic and differential equations (ADEs) which incorporates generalized forces is established. The matrix exponential involved in the scheme is calculated precisely using $2^N$ algorithm. The Taylor expansions of the nonlinear term concerned with state variables of the structure and the generalized constraint forces of the ADEs are derived and consequently, their particular integrals are obtained. The accuracy and effectiveness of the present method is demonstrated by two numerical examples, a plane truss with circular slot at its tip point and a slewing flexible cantilever beam which is currently interesting in optimal control of robot manipulators.
The paper describes four practical cases of railway structure concerning a three-dimensional numerical approach to analyse dynamic soil-structure interaction(SSI)of railway tracks on layered soil under transient load in the time domain. The SSI-Model has been implemented in TDAPIII accounting for nonlinear properties of the track and soil. The approach can be also be used to calculate vibration propagation in the soil and its effect on nearby buildings and structure. The Method is applied to analyse the dynamic response of railway tracks due to a moving wheel set. Finally some sample are given in order to reduce the vibration at the point of emission, at the transmission path and the structure itself.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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