A numerical prediction method has been proposed to predict non-linear free surface oscillation in a three-dimensional container. The fluid motions are numerically predicted with Navier-Stokes equations discretized in a Lagrangian scheme with sufficient numerical accuracy. The profile of a free surface is precisely represented with three-dimensional body-fitted coordinates (BFC), which are regenerated in each computational step on the basis of the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation. In order to confirm the reliability of the computational method, it was firstly applied to three-dimensional flows within complicated-shaped rigid boundaries, such as curved pipes and ducts. Than it was applied to benchmark computations related to free surface oscillations. Following these basic verifications, non-linear sloshings in a cylindrical tank and transitions from sloshing to swirling motions were numerically predicted. Throughout these computations, the applicability of the present computational method has been confirmed and some of the predicted free surface motions were visualized as sequential images and animations to understand their dynamic futures.
Multiple acceleration sequences of earthquake ground motions have been observed in many regions of the world. Such ground motions can cause large damage to the structures due to accumulation of inelastic deformation from the repeated sequences. The dynamic analysis of inelastic structures under repeated acceleration sequences generated from simulated and recorded accelerograms without sequences has been recently studied. However, the characteristics of recorded earthquake ground motions of multiple sequences have not been studied yet. This paper investigates the gross characteristics of earthquake records of multiple sequences from an engineering perspective. The definition of the effective number of acceleration sequences of the ground shaking is introduced. The implication of the acceleration sequences on the structural response and damage of inelastic structures is also studied. A set of sixty accelerograms is used to demonstrate the general properties of repeated acceleration sequences and to investigate the associated structural inelastic response.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.5
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pp.473-481
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2015
The purpose of this research is to comprehend experimentally the characteristics of human strength for using as the basic data of impact resistance test method of lightweight wall. Human motions exerting static load are classified to 4 types. Pushes with two hands or shoulder are defined as the instantaneously forcing motions with hands or shoulder put on the force plate. Leanings back or one-hand against the wall are defined as motions of taking a rest in their respective comfortable posture. Human motions exerting dynamic load are classified to 3 types. Selecting 3 levels of motion strength (weak, middle, strong), 3 levels of force plate stiffness (A: 20kN/cm, B: 4.7kN/cm, C: 2.2kN/cm), and 30 male subjects, load was measured when they applied strength to the force plate. Results of this research are as follows: (1) The maximum load ratio (Pmax/W) of static load for each motion was 1.17-1.25 in two hands pushing, 0.95-0.99 in shoulder pushing, 0.16-0.18 in back leaning, and 0.12-0.15 in one hand leaning. (2) Human dynamic load and object collision were different in the load characteristics. (3) The maximum load ratio of dynamic load for each motion was 10.07 in heel kick, 4.46 in shoulder hitting, and 5.58 in fist blow.
The influences of initial damage paths and aftershock (AS) spectral shape on the assessment of AS collapse fragility are investigated. To do this, a four-story ductile reinforced concrete (RC) frame structure is employed as the study case. The far-field earthquake records recommended by FEMA P695 are used as AS ground motions. The AS incremental dynamic analyses are performed for the damaged structure. To examine the effect of initial damage paths, a total of six kinds of initial damage paths are adopted to simulate different initial damage states of the structure by pushover analysis and dynamic analysis. For the pushover-based initial damage paths, the structure is "pushed" using either uniform or triangle lateral load pattern to a specified damage state quantified by the maximum inter-story drift ratio. Among the dynamic initial damage paths, one single mainshock ground motion or a suite of mainshock ground motions are used in the incremental dynamic analyses to generate a specified initial damage state to the structure. The results show that the structure collapse capacity is reduced as the increase of initial damage, and the initial damage paths show a significant effect on the calculated collapse capacities of the damaged structure (especially at severe damage states). To account for the effect of AS spectral shape, the AS collapse fragility can be adjusted at different target values of ${\varepsilon}$ by using the linear correlation model between the collapse capacity (in term of spectral intensity) and the AS ${\varepsilon}$ values, and coefficients of this linear model is found to be associated with the initial damage states.
Kim, Dong-Hyawn;Lee, Gee-Nam;Lee, Yongjei;Lee, Il-Keun
Wind and Structures
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v.21
no.6
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pp.609-623
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2015
Seismic reliability analysis of a jacket-type support structure for an offshore wind turbine was performed. When defining the limit state function by using the dynamic response of the support structure, a number of dynamic calculations must be performed in a First-Order Reliability Method (FORM). That means analysis costs become too high. In this paper, a new reliability analysis approach using a static response is used. The dynamic effect of the response is considered by introducing a new parameter called the Peak Response Factor (PRF). The probability distribution of PRF can be estimated by using the peak value in the dynamic response. The probability distribution of the PRF was obtained by analyzing dynamic responses during a set of ground motions. A numerical example is presented to compare the proposed approach with the conventional static response-based approach.
Spatially variable ground motions can be significant on the seismic response of a structure due to the incoherency of the incident wave. Incoherence of the incident wave is resulted from wave passage and wave scattering. In this study, wave passage effect on the response spectrum of a building structure built on a soft soil layer was investigated utilizing a finite element program of P3DASS (Pseudo 3-dimensional Dynamic Analysis of a Structure-soil System). P3DASS was developed for the axisymmetric problem in the cylindrical coordinate, but it is modified to apply anti-symmetric input earthquake motions. Study results were compared with the experimental results to verify the reliability of P3DASS program for the shear wave velocity of 250 m/s and the apparent shear wave velocities of 2000-3500 m/s. Studied transfer functions of input motions between surface mat foundation and free ground surface were well-agreed to the experimental ones with a small difference in all frequency ranges, showing some reductions of the transfer function in the high frequency range. Also wave passage effect on the elastic response spectrum reduced the elastic seismic response of a SDOF system somewhat in the short period range.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.3
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pp.71-82
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1999
Irregular motions of nonlinear dynamic system are the result of an intrinsic characteristics that the system have, and sometimes occur unpredictable large motion. For a ship in a regular seaway, the capsizing occur because of this unexpectable motion. So, from the safety's point of view, nonlinear ship motions should be treated carefully. In this study, stable and unstable regions are investigated firstly under the variation of a control external force. Secondly, we consider the attractors to know how ship motions of the stable region that does not undergo capsizing change. Thirdly, bifurcation diagram is considered to study the range in detail where nonlinear chaotic motions are occurred.
Suspension bridges have the extended in plan configuration which makes them prone to dynamic events like earthquake. The longer span lead to more flexibility and slender of them. So, control systems seem to be essential in order to protect them against ground motion excitation. Tuned mass damper or in brief TMD is a passive control system that its efficiency is practically proven. Moreover, its parameters i.e. mass ratio, tuning frequency and damping ratio can be optimized in a manner providing the best performance. Meta-heuristic optimization algorithm is a powerful tool to gain this aim. In this study, TMD parameters are optimized in different-length suspension bridges in three distinct cases including 3, 4 and 5 TMDs by observer-teacher-learner based algorithm under a complete set of ground motions formed from both near-field and far-field instances. The Vincent Thomas, Tacoma Narrows and Golden Gate suspension bridges are selected for case studies as short, mean and long span ones, respectively. The results indicate that All cases of used TMDs result in response reduction and case 4TMD can be more suitable for bridges in near and far-field conditions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.20-26
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2011
A weakly nonlinear seakeeping methodology for predicting motions and loads is presented in this paper. This methodology assumes linear radiation and diffraction forces, calculated in the frequency domain, and fully nonlinear Froude-Krylov and hydrostatic forces, evaluated in the time domain. The particular approach employed here allows to overcome numerical problems connected to the determination of the impulse response functions. The procedure is divided into three consecutive steps: evaluation of dynamic sinkage and trim in calm water that can significantly influence the final results, a linear seakeeping analysis in the frequency domain and a weakly nonlinear simulation. The first two steps are performed employing a three-dimensional Rankine panel method. Nonlinear Froude-Krylov and hydrostatic forces are computed in the time domain by pressure integration on the actual wetted surface at each time step. Although nonlinear forces are evaluated into the time domain, the equations of motion are solved in the frequency domain iteratively passing from the frequency to the time domain until convergence. The containership S175 is employed as a test case for evaluating the capability of this methodology to correctly predict the nonlinear behavior related to wave induced motions and loads in head seas; numerical results are compared with experimental data provided in literature.
This paper investigates inelastic seismic demands of the normal component of near-fault pulse-like ground motions, which differ considerably from those of far-fault ground motions and also parallel component of near-fault ones. The results are utilized to improve the nonlinear static procedure (NSP) called Displacement Coefficient Method (DCM). 96 near-fault and 20 far-fault ground motions and the responses of various single degree of freedom (SDOF) systems constitute the dataset. Nonlinear Dynamic Analysis (NDA) is utilized as the benchmark for comparison with nonlinear static analysis results. Considerable influences of different faulting mechanisms are observed on inelastic seismic demands. The demands are functions of the strength ratio and also the pulse period to structural period ratio. Simple mathematical expressions are developed to consider the effects of near-fault motion and fault type on nonlinear responses. Modifications are presented for the DCM by introducing a near-fault modification factor, $C_N$. In locations, where the fault type is known, the modifications proposed in this paper help to obtain a more precise estimate of seismic demands in structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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