In this paper, the incremental nonlinear dynamic analysis is used to evaluate the seismic performance of steel moment frame structures. To this purpose, three special moment frame structure with 5, 10 and 15 stories are designed according to the Iran's national building code for steel structures and the provisions for design of earthquake resistant buildings (2800 code). Incremental Nonlinear Analysis (IDA) is performed for 15 different ground motions, and responses of the structures are evaluated. For the immediate occupancy and the collapse prevention performance levels, the probability that seismic demand exceeds the seismic capacity of the structures is computed based on FEMA350. Also, fragility curves are plotted for three high-code damage levels using HASUS provisions. Based on the obtained results, it is evident that increase in the height of the frame structures reduces the reliability level. In addition, it is concluded that for the design earthquake the probability of exceeding average collapse prevention level is considerably larger than high and full collapse prevention levels.9.
Lal, Achchhe;Jagtap, Kirankumar R.;Singh, Birgu N.
Advances in Computational Design
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v.2
no.3
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pp.165-194
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2017
The present work proposes the thermo mechanically induced statistics of nonlinear transverse central deflection of elastically supported functionally graded (FG) plate subjected to static loadings with random system properties. The FG plate is supported on two parameters Pasternak foundation with Winkler cubic nonlinearity. The random system properties such as material properties of FG material, external loading and foundation parameters are assumed as uncorrelated random variables. The material properties are assumed as non-uniform temperature distribution with temperature dependent (TD) material properties. The basic formulation for static is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman nonlinear strain kinematics through Newton-Raphson method. A second order perturbation technique (SOPT) and direct Monte Carlo simulation (MCS) are used to compute the nonlinear governing equation. The effects of load parameters, plate thickness ratios, aspect ratios, volume fraction, exponent, foundation parameters, and boundary conditions with random system properties are examined through parametric studies. The results of present approaches are compared with those results available in the literature and by employing direct Monte Carlo simulation (MCS).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.7_spc
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pp.553-560
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2016
After an earthquake occurred in the Gyeongju, 2016, many low-story buildings have been questioned in terms of the seismic performance since mostly they have been exempted from the seismic design requirement since 1988. In this study, a 3-story moment resisting frame (MRF) building was analyzed and evaluated the seismic performance. Due to the insufficient seismic performance required for the seismic performance levels, three different seismic retrofit schemes were proposed and their seismic performances were re-evaluated. While steel brace and open shear wall retrofit systems mainly focused on the strength retrofit, the VES damper retrofit system is mainly to enhance the energy dissipation capacity of the system and resultes in the increased ductility. The original building and 3 retrofitted buildings were evaluated using the nonlinear static and nonlinear dynamic analyses and suggestions were proposed. Through the analysis of nonlinear time history and push-over using MIDAS/Gen program, damages of the building in terms of top story and average story drift and effect of reinforcement were analyzed.
There is a great difference in mechanical behavior between design model one-time loading and step-by-step construction process. This paper presents practical computational methods for simulating the structural behavior of long-span rigid steel structures during construction processes. It introduces the positioning principle of node rectification for installation which is especially suitable for rigid long-span steel structures. Novel improved nonlinear analytical methods, known as element birth and death of node rectification, are introduced based on several calculating methods, as well as a forward iteration of node rectification method. These methods proposed in this paper can solve the problem of element's 'floating' and can be easily incorporated in commercial finite element software. These proposed methods were eventually implemented in the computer simulation and analysis of the main stadium for the Universiade Sports Center during the construction process. The optimum construction scheme of the structure is determined by the improved algorithm and the computational results matched well with the measured values in the project, thus indicating that the novel nonlinear time-varying analysis approach is effective construction simulation of complex rigid long-span steel structures and provides useful reference for future design and construction.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.50
no.1
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pp.14-21
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2001
This paper proposes an indirect adaptive fuzzy controller for general SISO nonlinear systems. In indirect adaptive fuzzy control, based on the proved approximation capability of fuzzy systems, they are used to capture the unknown nonlinearities of the plant. Until now, most of the papers in the field of controller design for nonlinear system considers the affine system using fuzzy systems which have fixed grid-rule structure. We proposes a dynamic fuzzy rule insertion scheme where fuzzy rule-base grows as time goes on. With this method, the dynamic order of the controller reduces dramatically and an appropriate number of fuzzy rules are found on-line. No a priori information on bounding constants of uncertainties including reconstruction errors and optimal fuzzy parameters is needed. The control law and the update laws for fuzzy rule structure and estimates of fuzzy parameters and bounding constants are determined so that the Lyapunov stability of the whole closed-loop system is guaranteed.
We in this paper study nonlinear bending of a functionally graded porous nanobeam subjected to multiple physical load based on the nonlocal strain gradient theory. For more reasonable analysis of nanobeams made of porous functionally graded magneto-thermo-electro-elastic materials (PFGMTEEMs), both constituent materials and the porosity appear gradient distribution in the present expression of effective material properties, which is much more suitable to the actual compared with the conventional expression of effective material properties. Besides the displacement function regarding physical neutral surface is introduced to analyze mechanical behaviors of beams made of FGMs. Then we derive nonlinear governing equations of PFGMTEEMs beams using the principle of Hamilton. To obtain analytical solutions, a two-step perturbation method is developed in nonuniform electric field and magnetic field, and then we use it to solve nonlinear equations. Finally, the analytical solutions are utilized to perform a parametric analysis, where the effect of various physical parameters on static bending deformation of nanobeams are studied in detail, such as the nonlocal parameter, strain gradient parameter, the ratio of nonlocal parameter to strain gradient parameter, porosity volume fraction, material volume fraction index, temperature, initial magnetic potentials and external electric potentials.
Xia, Chenyang;Yang, Ying;Peng, Yuxiang;Hu, Aiguo Patrick
Journal of Power Electronics
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v.19
no.3
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pp.655-664
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2019
In order to analyze the nonlinear phenomena of the bifurcation and chaos caused by the switching of nonlinear switching devices in inductively coupled power transfer (ICPT) systems, a Jacobian matrix model, based on discrete mapping numerical modeling, is established to judge the system stability of the periodic closed orbit and to study the nonlinear behavior of Hopf bifurcation in a system under full resonance. The general flow of the parameter design, based on the stability principle for ICPT systems, is proposed to avoid the chaos and bifurcation phenomena caused by unreasonable parameter selection. Firstly, based on the state equation of SS-type compensation, a three-dimensional bifurcation diagram with the coupling coefficient as the bifurcation parameter is established with a numerical simulation to observe the nonlinear phenomena in the system. Then Filippov's method based on a Jacobian matrix model is adopted to deduce the boundary of stable operation and to judge the type of the bifurcation in the system. Then the general flow of the parameter design based on the stability principle for ICPT systems is proposed through the above analysis to realize stable operation under the conditions of weak coupling. Finally, an experimental platform is built to confirm the correctness of the numerical simulation and modeling.
The seismic analysis of structures without applying the effects of soil can undermine functional objectives of structure so that it can affect all the desired purposes at the design and control stages of the structure. In this research, employing OpenSees and MATLAB software simultaneously and developing a definite three-dimensional finite element model of a high-rise concrete structure, designed using performance-based plastic design approach, the performance of Tuned Mass Damper (TMD) and Active Mass Damper (AMD) is both examined and compared. Moreover some less noted aspects such as nonlinear interaction of soil and structure, uplift, nonlinear behavior of structure and structural torsion have received more attention. For this purpose, the analysis of time history on the structural model has been performed under 22 far-field accelerogram records. Examining a full range of all structural seismic responses, including lateral displacement, acceleration, inter-story drift, lost plastic energy, number of plastic hinges, story shear force and uplift. The results indicate that TMD performs better than AMD except for lateral displacement and inter-story drift to control other structural responses. Because on the one hand, nonlinear structural parameters and soil-structure interaction have been added and on the other hand, the restriction on the control force applied that leads up to saturation phenomenon in the active control system affect the performance of AMD. Moreover, the control force applied by structural control system has created undesirable acceleration and shear force in the structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.2
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pp.11-22
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2011
The design comparison and nonlinear analysis of totally prefabricated bridge substructure systems are performed. The prefabricated bridge substructures are designed by the methods of present design and load and resistance factor design (LRFD). For the design, the current Korea Highway Bridge Code (KHBD), with DB-24 and DL-24 live loads, is used. This study evaluates the present design method of KHBD (2005) and AASHTO-LRFD (2007) for totally prefabricated bridge substructure systems. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures, was used.
Kim, Seung-Han;Seong, U-Gyeong;Lee, Hyo-Jeong;Lee, Jong-Won;Choe, Jeong-Hun;An, Yeong-Jae;Jeon, Guk-Jin;Kim, Bong-Hwan
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.2
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pp.153-160
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1999
Dual-stage servo system for super-high density HDD has the chances of being composed of the coarse actuator(VCM) for track-seeking control and the fine actuator(microactuator) for-following control in near future. This paper presents the concept design of dual-stage servo system and the track-following control using an electrostatic microactuator for super-high density HDD. The electrostatic microactuator is designed and fabricated by MEMS(micro-electro-mechanical system) process. Both the nonlinear plant(voltage/displacement-to-electrostatic force) and the linear plant(electrostatic force-to-displacement) of the microactuator are established. Inverse function of the nonlinear plant is employed for a feedforward nonlinear compensator design. And feedforward control effect of this compensator is shown by time-domain experiments. A track-following feedback controller is designed using the feedback nonlinear compensator which is derived from the feedforward nonlinear compensator. The track-following control experiment is done to show the control efficiency of the proposed control system. And, excellent track-following control performance(2.21kHz servo-bandwidth, 7.51dB gain margin, $50.98^{\circ}$phase margin) is achieved by the proposed control system.
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