Recent studies emphasize the importance of pivot stiffness in the analysis of tilting pad bearings (TPBs). The present paper develops a finite element model of the pad pivot and compares the predicted pivot stiffness to the results of Hertzian contact model calculations. Specifically, a finite element analysis generates tetrahedral mesh models with ~40,000 nodes for a ball-socket pivot and ~50,000 nodes for a rocker-back pivot. These models assume a frictionless boundary condition in the contact area. Increasing the applied loads on the pad in conjunction with increasing time steps ensures rapid convergence during the nonlinear numerical analysis. Predictions are performed using the developed finite element model for increasing the differential diameters between the pad pivot (or ball) and the bearing housing (or socket). The predictions show that the pivot contact area increases with decreasing differential diameters and increasing applied loads. Further, the maximum deformation occurring at the pivot center increases with increasing differential diameters and increasing applied loads. The pivot stiffness increases nonlinearly with decreasing differential diameters and increasing applied loads. Comparisons of results of the developed finite element model to those of Hertzian contact model calculations assuming a small contact area show that the latter model underestimates the pivot stiffnesses predicted by the finite element models of the ball-socket and rocker-back pivots, particularly for small differential diameters. This result implies the need for cautionduring the design of pivot stiffness by the Hertzian contact model.
In the design of tall reinforced concrete (R/C) buildings, the serviceability stiffness criteria in terms of maximum lateral displacement and inter-story drift must be satisfied to prevent large second-order P-delta effects. To accurately assess the lateral deflection and stiffness of tall R/C structures, cracked members in these structures need to be identified and their effective member flexural stiffness determined. In addition, the implementation of the geometric nonlinearity in the analysis can be significant for an accurate prediction of lateral deflection of the structure, particularly in the case of tall R/C building under lateral loading. It can therefore be important to consider the cracking effect together with the geometric nonlinearity in the analysis in order to obtain more accurate results. In the present study, a computer program based on the iterative procedure has been developed for the three dimensional analysis of reinforced concrete frames with cracked beam and column elements. Probability-based effective stiffness model is used for the effective flexural stiffness of a cracked member. In the analysis, the geometric nonlinearity due to the interaction of axial force and bending moment and the displacements of joints are also taken into account. The analytical procedure has been demonstrated through the application of R/C frame examples in which its accuracy and efficiency in comparison with experimental and other analytical results are verified. The effectiveness of the analytical procedure is also illustrated through a practical four story R/C frame example. The iterative procedure provides equally good and consistent prediction of lateral deflection and effective flexural member stiffness. The proposed analytical procedure is efficient from the viewpoints of computational effort and convergence rate.
de Souza Bastos, Leonardo;Guerrero, Carolina Andrea Sanchez;Barile, Alan;da Silva, Jose Guilherme Santos
Coupled systems mechanics
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v.8
no.2
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pp.169-184
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2019
This research work presents a study that aims to assess the dynamic structural behaviour and also investigate the human comfort levels of a reinforced concrete building, when subjected to nondeterministic wind dynamic loadings, considering the effect of masonry infills on the global stiffness of the structural model. In general, the masonry fills most of the empty areas within the structural frames of the buildings. Although these masonry infills present structural stiffness, the common practice of engineers is to adopt them as static loads, disregarding the effect of the masonry infills on the global stiffness of the structural system. This way, in this study a numerical model based on sixteen-storey reinforced concrete building with 48 m high and dimensions of $14.20m{\times}15m$ was analysed. This way, static, modal and dynamic analyses were carried out in order to simulate the structural model based on two different strategies: no masonry infills and masonry infills simulated by shell finite elements. In this investigation, the wind action is considered as a nondeterministic process with unstable properties and also random characteristics. The fluctuating parcel of the wind is decomposed into a finite number of harmonic functions proportional to the structure resonant frequency with phase angles randomly determined. The nondeterministic dynamic analysis clearly demonstrates the relevance of a more realistic numerical modelling of the masonry infills, due to the modifications on the global structural stiffness of the building. The maximum displacements and peak accelerations values were reduced when the effect of the masonry infills (structural stiffness) were considered in the dynamic analysis. Finally, it can be concluded that the human comfort evaluation of the sixteen-storey reinforced concrete building can be altered in a favourable way to design.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.319-324
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1999
This study is to investigate the properties on the load-deflection and fracture behaviors of the steel fiber reinforced concrete(SFRC) slab model specimens, Steel fibers of indent, crimp, and end hook shape were considered to reinforce the matrix under various mixing conditions and proportions. Initial cracking load, maximum load, and energy absorption capacity(load carrying capacity) of SFRC panel specimen increased with increase of steel fiber contents. And the plain concrete slab was fractured abruptly after maximum load but SRFC slabs were fractured smoothly by steel fibers in concrete matrix operated as cracking resistance force after maximum load. Indent, crimp and end hook shape steel fibers were effective in reinforcing the matrices but end hook type fiber were superior to indent and crimp type fibers.
Concrete pavements are subjected to traffic and environmental loadings. Repetitive type of such loading cause fatigue distress which leads to failure by forming cracks in pavement. Fatigue life of concrete pavement is calculated from the stress ratio (i.e. the ratio of applied flexural stress to the flexural strength of concrete). For the correct estimation of fatigue life, it is necessary to determine the maximum flexural tensile stress developed for practical loading conditions. Portland cement association PCA (1984) and Indian road congress IRC 58 (2015) has given charts and tables to determine maximum edge stresses for particular loading and subgrade conditions. It is difficult to determine maximum stresses for intermediate loading and subgrade conditions. The main purpose of this study is to simplify the analysis of rigid pavement without compromising the accuracy. Equations proposed for determination of maximum flexural tensile stress of pavement are verified by finite element analysis.
Bearing strength test was investigated to determine the bearing properties of domestic larix glulam according to the load direction (in parallel to grain and in perpendicular to grain), the fastener (bolt and drift-pin), and the direction of laminae. The specimen was 5 ply glulam. The diameters of fastener are 12, 16 and 20 mm. The results were as follows. 1) In according to the diameter of bolt and drift-pin, the average of maximum bearing strength in parallel to grain loading was similar to that in perpendicular to grain loading. The average of maximum bearing strength was 1.50~2.31 times higher in parallel to grain loading than in perpendicular to grain loading. The average of maximum bearing strength in parallel to grain loading was lowered by 20% with increasing the diameter from 16 mm to 20 mm, but that in perpendicular to grain loading didn't show a clear tendency. 2) The average of bearing stiffness in parallel to grain loading was the highest at 16 mm in diameter. The average of bearing stiffness is similar to the shearing stiffness in drift-pin connection with increasing diameter. 3) In parallel to grain loading, the failure mode of specimens was the splitting along the grain in decreasing diameter. The failure mode in perpendicular to grain loading was the splitting along the grain. In this case, split occured more in specimens using bolt than in those using drift-pin. 4) The 5% offset yield strength in parallel to grain loading was similar to the predicted bearing strength of KBCS, NDS. In perpendicular to grain loading, the NDS's equation can be applied to predict the bearing strength.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.2
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pp.115-119
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2016
Winding is one of the major processes in roll-to-roll systems. Taper tension profile in a winding determines the distribution of stress in the radial direction, i.e., the radial stress in the wound rolls. Maximum radial stress is major cause of material defect, and this study has been actively proceeded. Traditional models of radial stress model were focused on flexible and light substrate. In this study, we developed an advanced radial stress model including effects of both these parameters(weight and stiffness) on the radial stress. The accuracy of the developed model was verified through FEM(Finite Element Method) analysis. FEM result of maximum radial stress value corresponds to 99 % in comparison to result with the model. From this study, the material defects does not occur when the steel winding. And steel industry can be applied to improve the winding process.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.2
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pp.197-207
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2002
Energy dissipation capacity and earthquake responses of steel structures installed with unbonded braces(UB) were investigated. Parametric studies were performed for a single-degree-of-freedom structure under harmonic loads, and optimum yield strength of unbonded braces were derived. Nonlinear dynamic time history analyses were carried out to investigate the seismic response of multi-story model structures with UB having various size and strength. Various techniques were applied to determine proper story-wise distribution of UB in multi-story structures. The analysis results show that the maximum displacements of structures generally decrease as the stiffness of UB increases. However for some natural frequencies and seismic loads the maximum displacement and accumulated damage increases as the stiffness of UB increases.
This paper presents the improved procedure to assess static and dynamic strength of crawler type excavators. A fully integrated model including front attachment and chassis was prepared for structural analysis. In this paper, two types of loading input methods were investigated and the method imposing digging force directly on bucket tooth was more convenient than imposing cylinder reaction force on cylinder pin even if the two methods showed no discrepancy in analysis results. Static strength analysis was carried out for eight analysis scenarios based on two extreme digging positions, maximum digging reach position and maximum digging force positions. The results from static strength analysis were compared with measured stresses, cylinder pressures and digging forces and showed a good quantitative agreement with measured data. Dynamic strength analysis was carried out for simple reciprocation of boom cylinders. It was recognized that the effect of compressive stiffness of hydraulic oil was very important for dynamic structural behavior. The results from dynamic strength analysis including hydraulic oil stiffness were also compared with measured acceleration data and showed a qualitative agreement with measured data.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1549-1552
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2003
The front-end side members of automobiles absorb most of the energy in a front-end collision. The front-end side members are required to have a high stiffness together with easiness to collapse sequentially to absorb more impact energy. The axial static collapse test (5mm/mim) was conducted by using UTM with respect to the single hat shaped section members which are the standard section shape of the spot welded section members, to the single cap shaped section members, to the double cap shaped section members and to the double hat shaped section members whose section shape are changed in order to give more stiffness. As a result of test, the energy absorbing characteristic was analyzed for different section shapes. That is, it was analyzed that the change of section shape influenced the absorbing energy, the mean collapse load and the maximum collapse load, and that the relation between the change of section shape and the collapse mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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