Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris;Kartal, Murat Emre;Adanur, Suleyman
Steel and Composite Structures
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v.10
no.6
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pp.541-561
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2010
This paper presents finite element analyses, experimental measurements and finite element model updating of an arch type steel laboratory bridge model using semi-rigid connections. The laboratory bridge model is a single span and fixed base structure with a length of 6.1 m and width of 1.1m. The height of the bridge column is 0.85 m and the maximum arch height is 0.95 m. Firstly, a finite element model of the bridge is created in SAP2000 program and analytical dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes are determined. Then, experimental measurements using ambient vibration tests are performed and dynamic characteristics (natural frequencies, mode shapes and damping ratios) are obtained. Ambient vibration tests are performed under natural excitations such as wind and small impact effects. The Enhanced Frequency Domain Decomposition method in the frequency domain and the Stochastic Subspace Identification method in the time domain are used to extract the dynamic characteristics. Then the finite element model of the bridge is updated using linear elastic rotational springs in the supports and structural element connections to minimize the differences between analytically and experimentally estimated dynamic characteristics. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 47% to 2.6%. It is seen that there is a good agreement between analytical and experimental results after finite element model updating. Also, connection percentages of the all structural elements to joints are determined depending on the rotational spring stiffness.
Park Se-Jun;Yoon Jeong-Phil;Yoon Hyung-Sang;Lim Jung-Yeol;Kang Byung-Bog;Lee Jeong-Il;Cha In-Su
Proceedings of the KIPE Conference
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2004.07a
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pp.109-112
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2004
Photovoltaic energy and wind energy are very in constant depending on the season, time and extremely intermittent energy sources. Because of these reasons, in view of the reliability the solar and the wind generation system have many problems(energy conversion, energy storage, load control etc.) comparing with a conventional power plant. So, in order to solve these existing problems, hybrid generation system of photovoltaic(500W) and wind power(400W), which combines wind power energy and solar energy to have effect of supporting each other, was suggested. But hybrid generation system cannot always generate stable output with weather condition, the auxiliary power compensation apparatus that uses elastic energy of spiral spring to hybrid generation system was also added for the present study. And it may confirm that power was continuously provided to load by storing energy obtained from generating rotary energy of spiral spring generates in small scale generator.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.4
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pp.320-328
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2007
This paper presents a stiffness modeling of a low-DOF parallel robot, which takes into account of elastic deformations of joints and links, A low-DOF parallel robot is defined as a spatial parallel robot which has less than six degrees of freedom. Differently from serial chains in a full 6-DOF parallel robot, some of those in a low-DOF parallel robot may be subject to constraint forces as well as actuation forces. The reaction forces due to actuations and constraints in each serial chain can be determined by making use of the theory of reciprocal screws. It is shown that the stiffness of an F-DOF parallel robot can be modeled such that the moving platform is supported by 6 springs related to the reciprocal screws of actuations (F) and constraints (6-F). A general $6{\times}6$ stiffness matrix is derived, which is the sum of the stiffness matrices of actuations and constraints, The compliance of each spring can be precisely determined by modeling the compliance of joints and links in a serial chain as follows; a link is modeled as an Euler beam and the compliance matrix of rotational or prismatic joint is modeled as a $6{\times}6$ diagonal matrix, where one diagonal element about the rotation axis or along the sliding direction is infinite. By summing joint and link compliance matrices with respect to a reference frame and applying unit reciprocal screw to the resulting compliance matrix of a serial chain, the compliance of a spring is determined by the resulting infinitesimal displacement. In order to illustrate this methodology, the stiffness of a Tricept parallel robot has been analyzed. Finally, a numerical example of the optimal design to maximize stiffness in a specified box-shape workspace is presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1337-1347
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2013
The parametric analysis on ultimate behavior of buried cylindrical GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) septic tank was presented. Two kinds of F.E. analysis model(soil-spring model and 3D full model) was constructed. The ultimate behavior of septic tank was investigated according to the size of stiffened steel ring and properties of underground soil. Ramberg-Osgood model and Druker-Prager model were used for material nonlinear characteristics of GFRP septic tank and soil, respectively. The diameter and thickness of stiffened steel ring inside septic tank, elastic modulus and internal friction angle of soil were selected for parametric variables. The ultimate behavior of septic tank, load-displacement, axial and hoop strain, were calculated and investigated.
Rigid body spring method (RBSM) is an effective tool to simulate the cracking process of structures, and has been successfully applied to investigate the behavior of reinforced concrete (RC) members. However, the theoretical researches and engineering applications of this method mainly focus on two-dimensional problems as yet, which greatly limits its applications in actual engineering projects. In this study, a three-dimensional (3-D) RBSM for RC structures is proposed. In the proposed model, concrete, reinforcing steels, and their interfaces are represented as discrete entities. Concrete is partitioned into a collection of rigid blocks and a uniform distribution of normal and tangential springs is defined along their boundaries to reflect its material properties. Reinforcement is modeled as a series of bar elements which can be freely positioned in the structural domain and irrespective of the mesh geometry of concrete. The bond-slip characteristics between reinforcing steel and concrete are also considered by introducing special linkage elements. The applicability and effectiveness of the proposed method is firstly confirmed by an elastic T-shape beam, and then it is applied to analyze the failure processes of a Z-type component under direct shear loading and a RC beam under two-point loading.
When curing the composite, the fibers have little thermal deformation, but the resin changes its properties with time and temperature, which leads to residual stress in the product. Residual stress is caused by the difference in the coefficient of thermal expansion of the fibers and resin during the curing process and the chemical shrinkage of the resin. This difference causes thermal deformation such as spring-in and warpage. Thermal deformation of composite structure is important issue on quality of product, and it should be considered in manufacturing process. In this study, a subroutine was developed to predict thermal deformation by applying 3-D viscoelastic model. The finite element analysis was verified by comparing the results of the plate analysis of the 2-D viscoelastic model. Spring-in of L-shaped structure was predicted and analyzed by applying the 3-D viscoelastic model.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.4
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pp.625-631
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2023
This study proposes an analysis model that can reflect the actual behavior of the rail floating track, and the most reasonable model was analyzed through field measurement and numerical analysis. It was analyzed that the current design theory analysis results of rail floating tracks were different from the field measurement results and were not suitable to reflect the actual behavior. In the rail floating track, it was analyzed that the subsidence of the point directly affects the total displacement rather than the displacement due to the bending of the rail. As a result of numerical analysis, it was analyzed that the analysis result of the proposed model, which is a parallel arrangement spring model that does not have a support point directly below the rail, reflects the actual behavior. The analysis model presented in this study can be used to predict track behavior when designing and maintaining rail floating tracks in the future.
El-Borgi, S.;Choura, S.;Ventura, C.;Baccouch, M.;Cherif, F.
Smart Structures and Systems
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v.1
no.1
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pp.83-101
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2005
This paper summarizes the application of a rational methodology for the structural assessment of older reinforced concrete Tunisian bridges. This methodology is based on ambient vibration measurement of the bridge, identification of the structure's modal signature and finite element model updating. The selected case study is the Boujnah bridge of the Tunis-Msaken Highway. This bridge is made of a continuous four-span simply supported reinforced concrete slab without girders resting on elastomeric bearings at each support. Ambient vibration tests were conducted on the bridge using a data acquisition system with nine force-balance accelerometers placed at selected locations of the bridge. The Enhanced Frequency Domain Decomposition technique was applied to extract the dynamic characteristics of the bridge. The finite element model was updated in order to obtain a reasonable correlation between experimental and numerical modal properties. For the model updating part of the study, the parameters selected for the updating process include the concrete modulus of elasticity, the elastic bearing stiffness and the foundation spring stiffnesses. The primary objective of the paper is to demonstrate the use of the Enhanced Frequency Domain Decomposition technique combined with model updating to provide data that could be used to assess the structural condition of the selected bridge. The application of the proposed methodology led to a relatively faithful linear elastic model of the bridge in its present condition.
In this study, the mechanical behavior and interface properties of boron nitride nanotube-poly(methyl methacrylate) nanocomposites are predicted using the molecular dynamics simulations and the double inclusion model. After modeling nanocomposite unit cell embedding single-walled nanotube and polymer, the stiffness matrix is determined from uniaxial tension and shear tests. Through the orientation average of the transversely isotropic stiffness matrix, the effective isotropic elastic constants of randomly dispersed microstructure of nanocomposites. Compared with the double inclusion model solution with a perfect interfacial condition, it is found that the interface between boron nitride nanotube and polymer matrix is weak in nature. To characterize the interphase surrounding the nanotube, the two step domain decomposition method incorporating a linear spring model at the interface is adopted. As a result, various combinations of the interfacial compliance and the interphase elastic constants are successfully determined from an inverse analysis.
In nature, many small insects are using jumping as a survival strategy. Among them, fleas jump in a unique method. They use an elastomer, 'Resilin', an extensor muscle and a trigger muscle. By contracting the extensor muscle, the elastic energy, that makes a flea to jump, is stored in the resilin. After storing energy, the trigger muscle begins contracting and pulling the extensor muscle. When the extensor muscle crosses the rotational joint, direction of torque generated from the extensor muscle reverses, 'torque reversal mechanism'. Simultaneously, the elastic energy stored in the resilin releases rapidly and is converted into the kinetic energy. It makes a flea to jump 150 times its body length. In this paper, miniaturized jumping robot using flea-inspired catapult mechanism is presented. This mechanism is based on the 4-bar linkage and the reversal joint and is actuated by Shape Memory Alloy (SMA) coiled springs describing the flea's muscle. The robot prototype is fabricated by SCM process using glass fiber prepregs and a sheet of polyimide film. The prototype is 20mm link length, 34mm width and 2.0g weight and can jump 103cm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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