Using existing static methods, it is possible to estimate accurately the reponses of structures governed by the fundamental mode. However, these methods do not provide reliable estimates for the structure where higher mode effects are significant. Parametric study was performed to analyze the dynamic characteristics of the structure with long vibration period. Based on the investigations, a new modal combination method using modal combination coefficients, Factored Modal Combination, was developed, and static earthquake load patterns addressing higher mode effects reasonably were proposed. Existing modal combination methods, such as SRSS and CQC, lack a theoretical basis to be applied to inelastic structures. In contrast, the proposed method can be applied conveniently in inelastic range as well as in elastic range.
건물의 지진응답을 평가하기 위하여 비선형 푸시오버 해석을 수행한다. 구조물의 비탄성 지진응답을 정확히 예측하기 위해서는, 비선형해석에 사용되는 층하중분포가 구조물의 시간이력 지진응답 동안 실제로 발생되는 지진하중분포를 나타낼 수 있어야 한다. 본 연구에서는 건축물의 지진하중분포를 예측하기 위하여 새로운 모드조합법을 개발하였다. 개발된 모드조합법에서는 모드조합계수를 곱한 각 모드의 스펙트럼응답을 조합하여 다수의 지진하중분포를 예측한다. 모멘트 골조와 켄틸레버 벽체에 대한 변수연구를 수행하였다. 변수연구 결과를 토대로, 각 고유모드가 구조물의 지진응답에 미치는 영향을 나타내는 모드조합계수를 정의하였다. 다양한 정형 및 수직 비정형 구조물에 대하여 제안된 계수모드조합법을 적용하였다. 그 결과 제안된 모드조합법은 시간이력 응답 동안 구조물에 실제로 발생되는 지진하중분포를 정확히 예측할 수 있었다.
The modal combination methods are studied for estimating the maximum structural responses in the seismic analysis by the response spectrum method. The most important problem in the modal combination is how to account for the correlation between the modal responses and to combine the high frequency modes (of which frequencies are greater than that at which the spectral acceleration approximately returns to the ZPA(zero period acceleration)). In this study, therefore, the widely known methods are investigated and compared among the numerous ones proposed up to now including those recommended in Regulatory Guide 1.92. The applicability of each method is investigated through example analyses also.
This paper explores the possibility of using a combination of the empirical mode decomposition (EMD) and the Hilbert transform (HT), termed the Hilbert-Huang transform (HHT) method, to identify the modal damping ratios of the structure with closely spaced modal frequencies. The principle of the HHT method and the procedure of using the HHT method for modal damping ratio identification are briefly introduced first. The dynamic response of a two-degrees-of-freedom (2DOF) system under an impact load is then computed for a wide range of dynamic properties from well-separated modal frequencies to very closely spaced modal frequencies. The natural frequencies and modal damping ratios identified by the HHT method are compared with the theoretical values and those identified using the fast Fourier transform (FFT) method. The results show that the HHT method is superior to the FFT method in the identification of modal damping ratios of the structure with closely spaced modes of vibration. Finally, a 36-storey shear building with a 4-storey light appendage, having closely spaced modal frequencies and subjected to an ambient ground motion, is analyzed. The modal damping ratios identified by the HHT method in conjunction with the random decrement technique (RDT) are much better than those obtained by the FFT method. The HHT method performing in the frequency-time domain seems to be a promising tool for system identification of civil engineering structures.
This paper is mainly forcused on the application of modal analysis In analyze the geometrically non-linear buckling behaviors of large span spatial structures, and the evaluation of each eigen mode affected post-buckling behaviors and buckling loads. Modal analysis is applied . to derivation of the system matrices transforming actual displacement space into generalized coordinates space represented by coefficients multiplied in the linear combination of eigen modes which are independent and orthogonal each other. By using modal analysis method, it will be expected to save the calculating time by computer extremely. For example, we can obtain the satisfactorily good results by using about 7% of total eigen modes only in case of single layer latticed dome. And we can decrease the possibility of divergence on the bifurcation point in the calculation of post-buckling path. Arc-length method and Newton-Raphson iteration method are used to calculate the nonlinear equilibrium path.
Structural dynamics usually applies modal transformation rules aimed at de-coupling and/or minimizing the equations of motion. Proper orthogonal decomposition provides mathematical and conceptual tools to define suitable transformed spaces where a multi-variate and/or multi-dimensional random process is represented as a linear combination of one-variate and one-dimensional uncorrelated processes. Double modal transformation is the joint application of modal analysis and proper orthogonal decomposition applied to the loading process. By adopting this method the structural response is expressed as a double series expansion in which structural and loading mode contributions are superimposed. The simultaneous use of the structural modal truncation, the loading modal truncation and the cross-modal orthogonality property leads to efficient solutions that take into account only a few structural and loading modes. In addition the physical mechanisms of the dynamic response are clarified and interpreted.
Maddah, Mohammad M.;Eshghi, Sassan;Garakaninezhad, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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제82권5호
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pp.667-678
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2022
Moment-resisting frames (MRFs) are among the most conventional steel structures for mid-rise buildings in many earthquake-prone cities. Here, a simplified performance-based methodology is proposed for the seismic collapse capacity assessment of these buildings. This method employs a novel multi-mode pushover analysis to determine the engineering demand parameters (EDPs) of the regular steel MRFs up to the collapse prevention (CP) performance level. The modal combination coefficients used in the proposed pushover analysis, are obtained from two metaheuristic optimization algorithms and a fitting procedure. The design variables for the optimization process are the inter-story drift ratio profiles resulting from the multi-mode pushover analyses, and the objective values are the outcomes of the incremental dynamic analysis (IDA). Here, the collapse capacity of the structures is assessed in three to five steps, using a modified IDA procedure. A series of regular mid-rise steel MRFs are selected and analyzed to calculate the modal combination coefficients and to validate the proposed approach. The new methodology is verified against the current existing approaches. This comparison shows that the suggested method more accurately evaluates the EDPs and the collapse capacity of the regular MRFs in a robust and easy to implement way.
Kang Cai;Mingfeng Huang;Xiao Li;Haiwei Xu;Binbin Li;Chen Yang
Wind and Structures
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제37권6호
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pp.445-460
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2023
Accurate estimation of modal parameters (i.e., natural frequency, damping ratio) of tall buildings is of great importance to their structural design, structural health monitoring, vibration control, and state assessment. Based on the combination of variational mode decomposition, smoothed discrete energy separation algorithm-1, and Half-cycle energy operator (VMD-SH), this paper presents a method for structural modal parameter estimation. The variational mode decomposition is proved to be effective and reliable for decomposing the mixed-signal with low frequencies and damping ratios, and the validity of both smoothed discrete energy separation algorithm-1 and Half-cycle energy operator in the modal identification of a single modal system is verified. By incorporating these techniques, the VMD-SH method is able to accurately identify and extract the various modes present in a signal, providing improved insights into its underlying structure and behavior. Subsequently, a numerical study of a four-story frame structure is conducted using the Newmark-β method, and it is found that the relative errors of natural frequency and damping ratio estimated by the presented method are much smaller than those by traditional methods, validating the effectiveness and accuracy of the combined method for the modal identification of the multi-modal system. Furthermore, the presented method is employed to estimate modal parameters of a full-scale tall building utilizing acceleration responses. The identified results verify the applicability and accuracy of the presented VMD-SH method in field measurements. The study demonstrates the effectiveness and robustness of the proposed VMD-SH method in accurately estimating modal parameters of tall buildings from acceleration response data.
Objective: The objective of this study was to examine multi-modal interaction effects of input-mode switching on the use of smart phones. Background: Multi-modal is considered as an efficient alternative for input and output of information in mobile environments. However, there are various limitations in current mobile UI (User Interface) system that overlooks the transition between different modes or the usability of a combination of multi modal uses. Method: A pre-survey determined five representative tasks from smart phone tasks by their functions. The first experiment involved the use of a uni-mode for five single tasks; the second experiment involved the use of a multi-mode for three dual tasks. The dependent variables were user preference and task completion time. The independent variable in the first experiment was the type of modes (i.e., Touch, Pen, or Voice) while the variable in the second experiment was the type of tasks (i.e., internet searching, subway map, memo, gallery, and application store). Results: In the first experiment, there was no difference between the uses of pen and touch devices. However, a specific mode type was preferred depending on the functional characteristics of the tasks. In the second experiment, analysis of results showed that user preference depended on the order and combination of modes. Even with the transition of modes, users preferred the use of multi-modes including voice. Conclusion: The order of combination of modes may affect the usability of multi-modes. Therefore, when designing a multi-modal system, the fact that there are frequent transitions between various mobile contents in different modes should be properly considered. Application: It may be utilized as a user-centered design guideline for mobile multi modal UI system.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제6권4호
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pp.21-25
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2005
In the dynamic analysis of a mechanism, if one or more of the components are flexible, then the simulation will not be accurate because of the violation of the rigid body assumption. Mode shapes are used to represent the dynamic behavior of an elastic structure. A modal synthesis method which uses a combination of normal modes, constraint modes, and attachment modes, was used to represent effectively the elastic deformation of a flexible multibody. Since the combination of these modes should be different for each type of connecting part, the modal synthesis method was studied for the various types of interconnecting joints. In addition, the analysis procedure for the flexible body was explained. A satellite system with flexible solar panels was chosen as an example to show the effectiveness of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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