The need for assessing dynamic response of typical industrial piping systems subjected to seismic loading motivated the authors to apply model reduction techniques to experimental dynamic substructuring. Initially, a better insight into the dynamic response of the emulated system was provided by means of the principal component analysis. The clear understanding of reduction basis requirements paved the way for the implementation of a number of model reduction techniques aimed at extending the applicability range of the hybrid testing technique beyond its traditional scope. Therefore, several hybrid simulations were performed on a typical full-scale industrial piping system endowed with a number of critical components, like elbows, Tee joints and bolted flange joints, ranging from operational to collapse limit states. Then, the favourable performance of the L-Stable Real-Time compatible time integrator and an effective delay compensation method were also checked throughout the testing campaign. Finally, several aspects of the piping performance were commented and conclusions drawn.
A great deal of effort has been invested in upgrading the performance and the efficiency of dynamic analysis of mechanical structures. Using experimental modal analysis(EMA) or finite element analysis(FEA) data of mechanical structures, the performance and efficiency can be effectively evaluated. In order to analyze complex structures such as automobiles and aircrafts, for the sake of computing efficiency, the dynamic substructuring techniques that allow to predict the dynamic behavior of a structure are widely used. Through linking a modal model obtained from EMA and an analytical model obtained from FEA, the best conditioned strucutres can be proposed. In this study, a new algorithm of substructre synthesis method, Multi-FRF synthesis method, is proposed to analyze a structure composed of many substructures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.4
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pp.45-58
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1997
This paper describes a series of shaking table and pseudodynamic tests for evaluation of seismic performance of base-isolated structures subjected to various seismic earthquake inputs. The main objectives of this study are : (1) evaluation of the effectiveness of base-isolation systems for low-rise structures against severe seismic loads through shaking table tests, (2) verification of the substructuring pseudodynamic test method for the base-isolated structures in comparison with the shaking table test results. In the shaking table test, a quarter scaled three-story structure base-isolated by laminated rubber bearings is tested. In the pseudodynamic test, only the laminated rubber bearing s are tested using the substructuring technique, while the concurrent seismic responses of the superstructure are computed using on-line numerical integration. Comparison with the shaking table test results indicates that the substructuring pseudodynamic test method is very effective for determining the dynamic responses of the base-isolated structure.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.1
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pp.16-22
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2001
In this study for reduction degree of freedom of dynamic model, a mixed method to combined finite element method and transfer matrix method is presented. This offers the advantages of an automatic reduction in the size of the eigenvalues problem and of a straightforward means of dynamic substructuring. The analytical procedure in this method for dynamic analysis of 3-dimensional cantilevered box beam are described. the result of numerical example is shown to demonstate the efficiency and accuracy of this method. The result form this example agree well those obtained by ANSYS, By using this technique, the number of nodes required in the regular finite element method is reduced and therefore a smaller com-puter can be used.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.175-182
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2022
In many engineering problems, the dynamic substructuring can be useful to analyze complex structures which made with many substructures, such as aircrafts and automotive vehicles. It was originally intended as a method to simplify the engineering problem. The powerful advantage to this is that computational efficiency dramatically increases with eliminating unnecessary degrees-of-freedom of the system and the system targets are concurrently satisfied. Craig-Bampton method has been widely used for the linear system reduction. Recently, multi-level optimization (such as target cascading), which propagates the system-level targets to the subsystem-level targets, has been widely utilized. To this concept, the genetic algorithm which one of the global optimization technique has been utilized to the substructure optimization. The number of internal modes for each substructure can be obtained by the genetic algorithm. Simultaneously, the reduced system meets the top-level targets. In this paper, various numerical examples are tested to verify this concept.
The vehicle-bridge interaction (VBI) analysis might be cumbersome and computationally expensive in bridge engineering due to the necessity of solving large number of coupled system of equations. However, VBI analysis can provide valuable insights into the dynamic behavior of highway bridges under specific loading conditions. Hence, this paper presents a numerical study on the dynamic behavior of a conventional highway bridge under strong near-field and far-field earthquake motions considering the VBI effects. A recursive substructuring method, which enables solving bridge and vehicle equations of motion separately and suitable to be adapted to general purpose finite element softwares, was used. A thorough analysis that provides valuable information about the effect of various traffic conditions, vehicle velocity, road roughness and effect of soil conditions under far-field and near-field strong earthquake motions has been presented. A real-life concrete highway bridge was chosen for numerical demonstrations. In addition, sprung mass models of vehicles consist of conventional truck and car models were created using physical and dynamic properties adopted from literature. Various scenarios, of which the results may help to highlight the different aspects of the dynamic response of concrete highway bridges under strong earthquakes, have been considered.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.5
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pp.483-488
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2016
Plug-In Digital Framework is a system response analysis tool that is employed when system components are composed of black-box modules. Generally, the dynamic characteristics of joints between the system components significantly affect system responses, and they lead to displacement- and frequency-dependent stiffness and loss factor. Thus, the sensitivity of each joint parameters should be estimated from a global perspective. In this study, we introduce a global sensitivity analysis procedure under the Plug-In Digital Framework. To efficiently calculate the system responses, we introduce the frequency response function (FRF)-based substructuring method. Using the random balance designs (RBD), we generate the system responses and estimate the global first-order sensitivities for each joint stiffness. We apply the proposed global sensitivity analysis method to an interior noise problem of a passenger car, and we evaluate the efficiency of the global sensitivity analysis method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.2
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pp.71-75
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2021
Despite the development of computational resources, the need to analyze models is increasing. The size of model has been increased to analyze the entire structure more accurately and precisely. As the analysis model becomes larger and more complex, the computation time increases exponentially. Various industries use many structures that have repeated patterns. We focus on these structures with repeated patterns and propose a dynamic analysis method to efficiently calculate these repeated structures. To devise an efficient method for repeated structures, the substructuring scheme and the degree of freedom-based reduction method are used in this study. We modify the existing reduction method in consideration of the characteristics of the repeating structure. In the proposed method, the entire structure was expressed as a combination of substructures, where each substructure was represented as an unit cell of repeated structures. The substructures were condensed and assembled using the substructuring scheme and the modified condensation method. Finally, numerical examples were demonstrated to verify the efficiency and accuracy of proposed method.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.2
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pp.113-122
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2014
The objective of the paper is to clarify a methodology based on the use of the existing component mode synthesis methods for the case of two damped substructures which are coupled through a linking viscoelastic flexible substructure and for which the structural modes with free geometrical interface are used for each main substructure. The proposed methodology corresponds to a convenient alternative to the direct use either of the Craig-Bampton method applied to the three substructures (using the fixed geometric interface modes) or of the flexibility residual approaches initiated by MacNeal (using the free geometric interface modes). In opposite to a geometrical interface which is a topological interface on which there is a direct linkage between the degrees of freedom of substructures, we consider a physical flexible interface which exists in certain present technologies and for which the general framework linear viscoelasticity is used and yields a frequency-dependent damping and stiffness matrices of the physical flexible interface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.5
s.176
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pp.1133-1145
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2000
It is necessary to develop an efficient analysis method to identify the dynamic characteristics of a large mechanical structure and update its finite element model. That is because these processes need the huge computation of a large structure and iterative estimation due to the use of the first- order sensitivity. To efficiently carry out these processes, a new method, called the generalized free-interface mode sensitivity method, has been proposed in the authors' preceeding paper. This method is based on substructuring approach such as a free-interface method and a generalized synthesis algorithm. In this paper, the proposed method is applied to the model updating of a car body structure to verify its accuracy and reliability for a large mechanical structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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