Seismic retrofitting of existing buildings and design of earth-quake resistant buildings are important issues associated with earthquake-prone zones. Use of metallic-yielding dampers as an energy dissipation system is an acceptable method for controlling damages in structures and improving their seismic performance. In this study, the optimal distribution of dampers for reducing the seismic response of steel frames with multi-degrees freedom is presented utilizing the uniform distribution of deformations. This has been done in a way that, the final configuration of dampers in the frames lead to minimum weight while satisfying the performance criteria. It is shown that such a structure has an optimum seismic performance, in which the maximum structure capacity is used. Then the genetic algorithm which is an evolutionary optimization method is used for optimal arrangement of the steel dampers in the structure. In continuation for specifying the optimal accurate response, the local search algorithm based on the gradient concept has been selected. In this research the introduced optimization methods are used for optimal retrofitting in the moment-resisting frame with inelastic behavior and initial weakness in design. Ultimately the optimal configuration of dampers over the height of building specified and by comparing the results of the uniform deformation method with those of the genetic algorithm, the validity of the uniform deformation method in terms of accuracy, Time Speed Optimization and the simplicity of the theory have been proven.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Byung-Kuk;Kim, Hyoung-June;Chung, Ha-Seung;Park, Seung-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.10
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pp.1025-1032
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2012
The flash lamp annealing (FLA) process has been considered highly promising for manufacturing low-temperature polysilicon on large-scale backplanes. Based on a theoretical estimation, this study clarifies the critical mechanisms of glass backplane deformation during the FLA process. A simulation using a commercial FEM code with viscoelastic models shows that the local region, whose temperature is larger than the glass softening point, undergoes permanent structural shrinkage owing to stress relaxation. For larger backplanes (4th Gen), structural shrinkages and gravitational deflection are critical to deformation in the FLA process, resulting in an "M" shape; in smaller backplanes (0th Gen), the latter is negligible, resulting in a "U" shape.
Identification of forming limits of sheet metals is an important task to be done before the sheet metal forming processes. The information of the forming limit is indispensable for design of deformed shapes and related forming processes. This procedure becomes more important than ever as the auto-body becomes complicated and the number of auto-body parts is reduced for lower production cost. To identify the forming limit of sheet metals stretching with a hemispherical punch has gained popularity because of the convenient experimental procedure. The stretching experiment however has localized deformation or the shear band is originated from the non-unifrom deformation in the critical circum-stance instead of the absolute criterion. More accurate information of the forming limit therefore could be obtained by a more appropriate experiment to the real process. In this papaer an experiment program is devised to practivally identify the forming limits of sheet metals for auto-body parts. The experiment program contains not only stretching but deep-drawing Both forming experiments use the same hemispherical punch while they use different specimens. Deep-drawing experiments use speci-mens cut out in circular arc on both sides of circular blank to make it torn during the deep-drawing They also use speciments cut out straight in one side of a circular blank to make it deformed unevenly which causes local deformation during the deep-drawing. The experimental result demonstrates that the forming limit diagrams in the two cases show difference in their effective magnitude. The forming limit curve from deep-drawing is located lower than that from stretching. It is noted from the result that the deep-drawing process causes acceleration of localized deformation in comparison with the stretching process. From the experimental result the maximum value of forming limit could be pre-dicted for safe design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.307-314
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2009
The present paper briefly describes the space frame element and the fundamental strategies in computational elastic bifurcation theory of geometrically nonlinear, single load parameter conservative elastic spatial structures. A method for large deformation(rotation) analysis of space frame is based on an eulerian formulation, which takes into consideration the effects of large joint translations and rotations with finite deformation(rotation). The local member force-deformation relationships are based on the beam-column approach, and the change in member chord lengths caused by axial strain and flexural bowing are taken into account. and the derived geometric stiffness matrix is unsymmetric because of the fact that finite rotations are not commutative under addition. To detect the singular point such as bifurcation point, an iterative pin-pointing algorithm is proposed. And the path switching mode for bifurcation path is based on the non-negative eigen-value and it's corresponding eigen-vector. Some numerical examples for bifurcation analysis are carried out for a plane frame, plane circular arch and space dome structures are described.
As one of the most common failure types of arch bridges, stability is one of the critical aspects for the design of arch bridges. Using 3D finite element model in ABAQUS, this paper has studied the stability performance of an arch bridge with inclined arch ribs and hangers, and the analysis also took the effects of geometrical and material nonlinearity into account. The impact of local buckling and residual stress of steel plates on global stability and the applicability of fiber model in stability analysis for steel arch bridges were also investigated. The results demonstrate an excellent stability of the arch bridge because of the transverse constraint provided by transversely-inclined hangers. The distortion of cross section, local buckling and residual stress of ribs has an insignificant effect on the stability of the structure, and the accurate ultimate strength may be obtained from a fiber model analysis. This study also shows that the yielding of the arch ribs has a significant impact on the ultimate capacity of the structure, and the bearing capacity may also be approximately estimated by the initial yield strength of the arch rib.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.178-188
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2007
In this paper, a half-scaled substructure test was performed to evaluate the buckling and structural safety of an existing transmission tower subjected to wind load. A loading scheme was devised to reproduce the dead and wind loads of a prototype transmission tower, which uses a triangular jig that is mounted on the reduced model to which the similarity law of a half length was applied. As a result of the preliminary numerical analysis carried out to evaluate the stability of a specimen for the design load, it was confirmed that the calculated axial forces of tower leg members were distributed to $80{\sim}90%$ of an admissible buckling load. When the substructured transmission tower was loaded by 270% of its maximum admissible buckling load, it was failed due to the local buckling that is occurred in joints with weak constraints for out-of-plane behavior of leg members. By inspection of load-displacement curves, displacements and strains of members, it is considered that this local buckling was due to additional eccentric force by unbalanced deformation because the time that is reached to yielding stress due to the bending moment is different at each point of a same section.
Compression tests were conducted at the various temperatures and strain rates to investigate void formation and microstructures behavior of a 1.9wt%C ultrahigh carbon steel used in forged workrolls. The microstructure, grain size and volume fraction of cementite were determined using specimens deformed in the temperature range from 800 to $1150^{\circ}C$ and strain rates from 0.01 to 10/s. It was found from the microstructural analysis that the grain size is larger at higher temperatures and lower strain rate deformation conditions. In addition, a higher volume fraction of cementite was measured at lower temperatures. The brittle blocky cementite was fractured at $800^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ regardless of strain rate. As a result, numerous new micro voids were formed in the fragmented blocky cementite. It was also found that local melting can occur at temperatures of more than $1130^{\circ}C$. Therefore, the forging temperature should be controlled between $900^{\circ}C$ and $1120^{\circ}C$. The temperature rise, which depends on the anvil stroke and velocity, was estimated through cogging simulation to find the appropriate forging temperature and to prevent local melting due to plastic work.
Park, Yeon-soo;Han, Suk-yeol;Suh, Byoung-chal;Jeon, Dong-ho;Park, Sun-joon
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.3
no.1
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pp.9-17
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2003
This paper aims at investigating the damage process of steel members leading to the failure under strong repeated loading, proposing the damage index using various factors related to the damage, and developing the analysis method for evaluating the damage state. Cantilever-type steel members were analyzed under uniaxial load and combined with a constant axial load, considering a horizontal displacement history. In analyzing the models, loading patterns and steel types (SS400, SM570, Posten80) were considered as main parameters. From the analysis results, the effects of parameter on the failures mode, the deformation capacity, the damage process are also discussed. Each failure process was compared as steel types. Consequently, the failure of steel members under strong repeated loading was determined by loading. Especially it was seen that the state of the failure is closely related to the local strain.
As a thin-walled structure, local joint flexibility (LJF) in a tubular structure is prominent, and it may produce significant effect on the static performance for the overall structure. This study presents a simplified analytical model to analyze the static behavior for a steel tubular structure with LJF. The presented model simplifies a tubular structure into a frame model consisted of beam elements with considering the LJFs at the connections between any two elements. Theoretical equations of the simplified analytical model are deduced. Through comparison with 3-D finite element results of two typical planar tubular structures consisted of T- and Y-joints respectively, the presented method is proved to be accurate. Furthermore, the effect of LJF on the overall performance of the two tubular structures (including the deflection and the internal forces) is also investigated, and it is found from analyses of internal forces and deformation that a rigid connection assumption in a frame model by using beam elements in finite element analysis can provide unsafe and inaccurate estimation.
Precast roofing systems employing prestressed elements often serve as smart structural solutions for the construction of industrial buildings. The precast concrete elements usually employed are highly engineered, and often consist in thin-walled members, characterised by a complex behaviour in fire. The present study was carried out after a fire event damaged a precast industrial building made with prestressed beam and roof elements, and non-prestressed curved barrel vault elements interposed in between the spaced roof elements. As a consequence of the exposure to the fire, the main elements were found standing, although some locally damaged and distorted, and the local collapse of few curved barrel vault elements was observed in one edge row only. In order to understand and interpret the observed structural performance of the roof system under fire, a full fire safety engineering process was carried out according to the following steps: (a) realistic temperature-time curves acting on the structural elements were simulated through computational fluid dynamics, (b) temperature distribution within the concrete elements was obtained with non-linear thermal analysis in variable regime, (c) strength and deformation of the concrete elements were checked with non-linear thermal-mechanical analysis. The analysis of the results allowed to identify the causes of the local collapses occurred, attributable to the distortion caused by temperature to the elements causing loss of support in early fire stage rather than to the material strength reduction due to the progressive exposure of the elements to fire. Finally, practical hints are provided to avoid such a phenomenon to occur when designing similar structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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