This paper discusses the error propagation characteristics of the Newmark explicit method, modified Newmark explicit method and ${\alpha}$-function dissipative explicit method in pseudodynamic tests. The Newmark explicit method is non-dissipative while the ${\alpha}$-function dissipative explicit method and the modified Newmark explicit method are dissipative and can eliminate the spurious participation of high frequency responses. In addition, error propagation analysis shows that the modified Newmark explicit method and the ${\alpha}$-function dissipative explicit method possess much better error propagation properties when compared to the Newmark explicit method. The major disadvantages of the modified Newmark explicit method are the positive lower stability limit and undesired numerical dissipation. Thus, the ${\alpha}$-function dissipative explicit method might be the most appropriate explicit pseudodynamic algorithm.
Earthquake induced landslides have caused tens of thousands of deaths and billions of dollars of damage during the last century alone. Determining the potential seismic hazard presented by statically stable slopes is essential for the evaluation of substantial landslide movement during an earthquake. Newmark's method for estimating landslide displacement under dynamic loading was presented and applied to two case studies. A simplified energy-based method was then be developed to estimate the Newmark's displacement.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.5
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pp.424-431
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2004
An implicit direct-time integration method for obtaining transient responses of general dynamic systems is described. The conventional Newmark method cannot be directly applied to state-space first-order differential equations, which contain no explicit acceleration terms. The method proposed here is the state-space Newmark method that incorporates the average velocity concept, and can be applied to an analysis of general dynamic systems that are expressed by state-space first-order differential equations. It is also readily coded into a program. Stability and accuracy analyses indicate that the method is numerically unconditionally stable like the conventional Newmark method, and has a period error of 2nd-order accuracy for small damping and 4th-order for large damping and an amplitude error of 2nd-order, regardless of damping. In addition, its utility and validity are confirmed by two application examples. The results suggest that the proposed state-space Newmark method based on average velocity be generally applied to the analysis of transient responses of general dynamic systems with a high degree of reliability with respect to stability and accuracy.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.465-470
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2003
In this study, the state-space Newmark method based on average velocity is presented to analyse the transient dynamic response for general dynamic system. The conventional Newmark method based on average acceleration cannot he directly to the first-order state-space differential equations introducing the state-space vector. To overcome this problem, the time-step integration algorithm, based on average velocity concept, suitable for the first-order state-space differential equations is proposed In results, the proposed method has %he numerical stability and order of accuracy, which is proved analytically, equal to those of the conventional Newmark method based on average acceleration. Also, the formulation for numerical solution is very simple and the calculation time Is nearly equal to that of the conventional Newmark method based on average acceleration in spite of an increase of two times over matrix size. This method will be look forward to applying the general dynamic system to calculate the transient dynamic response.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.4
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pp.161-170
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2014
Newmark-type deformation analysis has rarely been done in Korea due to the popularity of simple pseudo-static limit equilibrium analysis and detailed time-history FE/FD dynamic analysis. However, the Korean seismic dam design code updated in 2011 prescribes Newmark-type deformation analysis as a major dynamic analysis method for the seismic evaluation of fill dams. In addition, a design PGA for dynamic analysis is significantly increased in the code. This paper aims to study the seismic evaluation of four existing large fill dams through advanced FEM/Newmark-type deformation analyses for the artificial earthquake time histories with the design PGA of 0.22g. Dynamic soil properties obtained from in-situ geo-physical surveys are applied as input parameters. For the FEM/Newmark analyses, sensitivity analyses are performed to study the effects of input PGA and $G_{max}$ of shell zone on the Newmark deformation. As a result, in terms of deformation, four fill dams are proved to be reasonably safe under the PGA of 0.22g with yield coefficients of 0.136 to 0.187, which are highly resistant for extreme events. Sensitivity analysis as a function of PGA shows that $PGA_{30cm}$ (a limiting PGA to cause the 30 cm of Newmark permanent displacement on the critical slip surface) is a good indicator for seismic safety check. CFRD shows a higher seismic resistance than ECRD. Another sensitivity analysis shows that $G_{max}$ per depth does not significantly affect the site response characteristics, however lower $G_{max}$ profile causes larger Newmark deformation. Through this study, it is proved that the amplification of ground motion within the sliding mass and the location of critical slip surface are the dominant factors governing permanent displacements.
The pounding phenomenon in adjacent structures happens in severing earthquakes that can cause great damages. Connecting neighboring structures with active and semi-active control devices is an effective method to avoid mutual colliding between neighboring buildings. One of the most important issues in control systems is applying online control force. There will be a time delay if the prose of producing control force does not perform on time. This paper proposed a time-delay compensation method in coupled structures control, with semi-active Magnetorheological (MR) damper. This method based on Newmark's integration is adopted to mitigate the time-delay effect. In this study, Lyapunov's direct approach is employed to compute demanded voltage for MR dampers. Using Lyapunov's direct algorithm guarantees the system stability to design a controller based on feedback. Because of the strong nonlinearity of MR dampers, the equation of motion of coupled structures becomes an involved equation, and it is impossible to solve it with the common time step methods. In present paper modified Newmark-Beta integration based on the instantaneous optimal control algorithm, used to solve the involved equation. In this method, the response of a coupled system estimated base on optimal control force. Two MDOF structures with different degrees of freedom are finally considered as a numeric example. The numerical results show, the Newmark compensation is an efficient method to decrease the negative effect of time delay in coupled systems; furthermore, instantaneous optimal control algorithm can estimate the response of structures suitable.
The magnitudes of wall thrust acting on quay walls can easily vary due to the development of excess pore pressure in backfill. In this research, a new displacement model was proposed to predict the displacement of the wall considering such magnitude variations of the wall thrust. This model is based on Newmark sliding block concept. The magnitude variation of the wall thrust is modelled by varying the magnitude of yield acceleration. The parametric study was performed to analyze the effects of input parameters on the seismic displacement of the wall, and the validity of this model was verified by comparing its predicted displacements with those of Is shaking table tests.
This study investigates the effect of spatial averaging and compliance taken account of in the analysis of earthquake-induced permanent deformation of slopes. At present, the rigid block analysis originally proposed by Newmark is widely used in the deformation analysis, mainly because of its computational efficiency. This type of approach, however, adopts the so-called decoupled approach, in which seismic response and deformation analyses are carried out separately. Original Newmark block analysis assumes the potential sliding mass to be noncompliant, and has been criticized to be potentially unconservative. This paper reviews the impact of the noncompliance assumption of the potential sliding mass in the Newmark-type analysis. The gross effects of earthquake shaking on the potential sliding mass are estimated by spatial averaging method and analyzed in frequency domain. The results indicate that there is a simple criterion that can be used to determine the level of compliance of the potential sliding mass.
The purpose of this study is to evaluate an effect of ground vibration caused by blasting on the concrete brick structure. For the purpose, dynamic response time-history of the structure assumed single degree of freedom (SDOF) system and vibration time-history directly measured from the structure were examined, using Newmark $\beta$ method based on data measured at ground. The time-history was interpreted from the measured data of ground and structure in single hole blasting. Vibration magnitude between ground vibration and structure in single hole blasting and 20 ms interval blasting was about three times and was shown larger vibration on the structure. By time-history analysis of structure dynamic response, the value was almost the same one with the data measured from the structure. It indicates that the vibration characteristics of structures may be predicted on the basis of the ground vibration data measured from the sub-ground of structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.385-393
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2005
This paper established the dynamic model of a flexible Timoshenko beam capable of geometrical nonlinearities subject to large overall motions by using the finite element method. Equations of motion are derived by using Hamilton principle and are formulated in terms of finite elements in which the nonlinear constraint equations are adjoined to the system using Lagrange multipliers. The Newmark direct integration method and the Newton-Raphson iteration are employed here for the numerical study which is to demonstrate the efficiency of the proposed formulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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