Yousefzadeh, Sh.;Jafari, A.A.;Mohammadzadeh, A.;Najafi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.5
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pp.523-533
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2018
In this study, the dynamic response of a functionally graded material (FGM) circular plate in contact with incompressible fluid under the harmonic load is investigated. Analysis of the plate is based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT). The governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. A new set of admissible functions, which satisfy both geometrical and natural boundary conditions, are developed for the free vibration analysis of moderately thick circular plate. The Chebyshev-Ritz Method is employed together with this set of admissible functions to determine the vibrational behaviors. The modal superposition approach is used to determine the dynamic response of the plate exposed to harmonic loading. Numerical results of the force vibrations and the effects of the different geometrical parameters on the dynamic response of the plate are investigated. Finally, the results of this research in the limit case are compared and validated with the results of other researches and finite element model (FEM).
Model-based predictions of structural behavior are negatively affected by uncertainties of various type and in various stages of the structural analysis. The present paper focusses on dynamic analysis and addresses the effects of uncertainties concerning material and geometric parameters, mainly in the context of modal analysis of large-scale structures. Given the large number of uncertain parameters arising in this case, highly scalable simulation-based methods are adopted, which can deal with possibly thousands of uncertain parameters. In order to solve the reliability problem, i.e., the estimation of very small exceedance probabilities, an advanced simulation method called Line Sampling is used. In combination with an efficient algorithm for the estimation of the most important uncertain parameters, the method provides good estimates of the failure probability and enables one to quantify the error in the estimate. Another aspect here considered is the uncertainty quantification for closely-spaced eigenfrequencies. The solution here adopted represents each eigenfrequency as a weighted superposition of the full set of eigenfrequencies. In a case study performed with the FE model of a satellite it is shown that the effects of uncertain parameters can be very different in magnitude, depending on the considered response quantity. In particular, the uncertainty in the quantities of interest (eigenfrequencies) turns out to be mainly caused by very few of the uncertain parameters, which results in sharp estimates of the failure probabilities at low computational cost.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.3
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pp.1-6
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1990
The dynamic behaviour of a four-span continuous girder railway bridge subjected to multiple support excitations is investigated using the response spectrum method. Small-amplitude oscillations and linear-elastic material behaviour are assumed. Soil-structure interaction effects are disregarded and only the out-of-plane response of the bridge is considered. The results of the response spectrum analysis are compared with those from a time history analysis. Different combination rules for the superposition of modal maxima as well as supports are employed, such as square-root-of-sum-squares, double sum and p-norm methods.
Nunez-Casado, Cristina;Lopez-Garcia, Oscar;de las Heras, Enrique Gomez;Cuerva-Tejero, Alvaro;Gallego-Castillo, Cristobal
Wind and Structures
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v.25
no.6
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pp.569-588
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2017
The aim of this paper is to present a method to obtain the dynamic response of a wind turbine tower in time domain by means of the generation of time series and to estimate the associated fatigue damage by means of a Rainflow counting algorithm. The proposed method is based on assuming the vortex shedding is a bidimensional phenomena and on following a classical modal superposition method to obtain the structure dynamic response. Four different wind turbine tower geometric configurations have been analyzed in a range of usual wind velocities and covering extreme wind velocities. The obtained results have shown that, depending on the turbulence intensity and the mean wind velocity, there are tower geometric configurations more advantageous from the fatigue load standpoint. Consequently, the presented model can be utilized to define assembly strategies oriented to fatigue damage minimization.
Large deck openings of ultra large container ships reduce their torsional stiffness considerably and hydroelastic analysis for reliable structural design becomes an imperative. In the early design stage the beam model coupled with 3D hydrodynamic model is a rational choice. The modal superposition method is ordinary used for solving this complex problem. The advanced thin-walled girder theory, with shear influence on both bending and torsion, is applied for calculation of dry natural modes. It is shown that relatively short engine room structure of large container ships behaves as the open hold structure with increased torsional stiffness due to deck effect. Warping discontinuity at the joint of the closed and open segments is compensated by induced distortion. The effective torsional stiffness parameters based on an energy balance approach are determined. Estimation of distortion of transverse bulkheads, as a result of torsion and warping, is given. The procedure is illustrated in the case of a ship-like pontoon and checked by 3D FEM analysis. The obtained results encourage incorporation of the modified beam model of the short engine room structure in general beam model of ship hull for the need of hydroelastic analysis, where only the first few natural modes are of interest.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.4
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pp.76-86
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1998
Structural intensity of plates experiencing bending vibration is analytically evaluated using the modal analysis based on assumed mode method. To evaluate the convergence of structural intensity according to the number of superposition modes, the power obtained by structural intensity integration over the closed curve containing the excitation source is compared with the power injected into plates. The erect of power reduction due to the material internal loss is evaluated using the intensity around a localized damping point, In addition, the dominant component among internal forces in the power transfer by the bending vibration of plates and the change of power flow due to stiffener are also investigated.
A novel finite element (FE) model updating method based on multi-resolution analysis (MRA) is proposed. The true stiffness of the FE model is considered as the superposition of two pieces of stiffness information of different resolutions: the pre-defined stiffness information and updating stiffness information. While the resolution of former is solely decided by the meshing density of the FE model, the resolution of latter is decided by the limited information obtained from the experiment. The latter resolution is considerably lower than the former. Second generation wavelet is adopted to describe the updating stiffness information in the framework of MRA. This updating stiffness in MRA is realized at low level of resolution, therefore, needs less number of updating parameters. The efficiency of the optimization process is thus enhanced. The proposed method is suitable for the identification of multiple irregular cracks and performs well in capturing the global features of the structural damage. After the global features are identified, a refinement process proposed in the paper can be carried out to improve the performance of the MRA of the updating information. The effectiveness of the method is verified by numerical simulations of a box girder and the experiment of a three-span continues pre-stressed concrete bridge. It is shown that the proposed method corresponds well to the global features of the structural damage and is stable against the perturbation of modal parameters and small variations of the damage.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.1
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pp.123-132
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1985
The flexibility of base material gives considerable influences on seismic responses of a structure. The effects of relative stiffness between super-structure and base material on dynamic soil-structure interaction are evaluated by parametric studies. Two 5-story buildings are used for the study; one is shearwall structure with relatively higher fundamental frequency and the other is frame structure with relatively lower fundamental frequency. The structures are modeled as beam-sticks coupled with springs and dashpots representing the base material. Dynamic equilibrium equations of the soil-structure interaction system are sloved by mode superposition method using Rosset modal damping values. Soil-structure interaction effect is found to be major concern in seismic analysis of shearwall structure in most cases while it seldom becomes engineering problem in frame-type structure. It is also found that seismic responses at lower elevation of the super-structure are amplified though they decrease at higher elevation as soil-structure interaction effects of the system increase.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.439-452
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1994
A method to optimize the cost of R/C frames and an algorithm of the optimal limit state design for R/C frames subjected to dynamic loads are presented. The modal superposition method was used to find the dynamic responses of the frames. Each member of R/C frame is made up of more than two elements and the stiffness matrix and consistent mass matrix of three d.o.f in the node of each element was used to include axial, shear and flexural effects. The objective function to be minimized formulated the cost of materials, steel and concrete, and optimised to satisfy the behaviors of R/C frame and each constraint imposed by the limit state requirements. Both objective function and each constraint are derived in terms of design variables which include the effective depth, beam width, compression and tension steel area, and column shear steel area. A few applications are presented which demonstrate the feasibility, the validity and efficiency of the algorithm for automated optimum design of R/C frames where dynamic behavior is to be considered.
This study aimed to develop an approach to accurately predict the wind models and wind effects of large wind turbines. The wind-induced vibration characteristics of a 5 MW tower-blade coupled wind turbine system have been investigated in this paper. First, the blade-tower integration model was established, which included blades, nacelle, tower and the base of the wind turbine system. The harmonic superposition method and modified blade element momentum theory were then applied to simulate the fluctuating wind field for the rotor blades and tower. Finally, wind-induced responses and equivalent static wind loads (ESWL) of the system were studied based on the modified consistent coupling method, which took into account coupling effects of resonant modes, cross terms of resonant and background responses. Furthermore, useful suggestions were proposed to instruct the wind resistance design of large wind turbines. Based on obtained results, it is shown from the obtained results that wind-induced responses and ESWL were characterized with complicated modal responses, multi-mode coupling effects, and multiple equivalent objectives. Compared with the background component, the resonant component made more contribution to wind-induced responses and equivalent static wind loads at the middle-upper part of the tower and blades, and cross terms between background and resonant components affected the total fluctuation responses, while the background responses were similar with the resonant responses at the bottom of tower.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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