International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.552-568
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2020
After long-term service in deep ocean, pipelines are usually suffered from corrosions, which may greatly influence the Vortex-Induced Vibration (VIV) behavior of pipes. Thus, we investigate the VIV of defective pipelines. The geometric nonlinearity due to large deformation of pipes and nonlinearity in vortex-induced force are simulated. This nonlinear vibration system is simulated with finite element method and solved by direct integration method with incremental algorithm. Two kinds of defects, corrosion pits and volumetric flaws, and their effects of depth and range on VIV responses are investigated. A new finite element is developed to simulate corrosion pits. Defects are found to aggravate VIV displacement response only if environmental flow rate is less than resonance flow rate. As the defect depth grows, the stress responses increase, however, the increase of the defect range reduces the stress response at corroded part. The volumetric flaws affect VIV response stronger than the corrosion pits.
The present paper has been carried out to understand the effects of impact loading on the rock tunnels, constructed in different region corresponding to varying unconfined compressive strength (UCS), through finite element method. The UCS of rockmass has substantial role in the stability of rock tunnels under impact loading condition due to falling rocks or other objects. In the present study, Dolomite, Shale, Sandstone, Granite, Basalt, and Quartzite rocks have been taken into consideration for understanding of the effect of UCS that vary from 2.85 MPa to 207.03 MPa. The Mohr-Coulomb constitutive model has been considered in the present study for the nonlinear elastoplastic analysis for all the rocks surrounding the tunnel opening. The geometry and boundary conditions of the model remains constant throughout the analysis and missile has 100 kg of weight. The general hard contact has been assigned to incorporate the interaction between different parts of the model. The present study focuses on studying the deformations in the rock tunnel caused by impacting load due to missile for tunnels having different concrete grade, and steel grade. The broader range of rock strength depicts the strong relationship between the UCS of rock and the extent of damage produced under different impact loading conditions. The energy released during an impact loading simulation shows the variation of safety and serviceability of the rock tunnel.
The microstructure of highly aggregated colloidal dispersions was investigated by probing the rheological behavior of magnetic suspensions. The dynamic moduli as functions of frequency and strain amplitude are shown to closely resemble that of colloidal gels indicating the formation of network structure. The two types of characteristic critical strain amplitudes, γc and γy, were characterized in terms of the changing microstructure. The amplitude of γc indicates the transition from linear to nonlinear viscoelasticity and depends only on particle volume fraction not magnetic interactions. The study of scaling behavior suggests that it is related to the breakage of interfloc, i.e., floc-floc structure. However, yielding strain, γy, was found to be independent of particle volume fraction as well as magnetic interaction. It relates to extensive deformation resulting in yielding behavior. The scaling of elastic constant, Ge, implies that this yielding behavior and hence γy is due to the breakage of long-range interfloc interactions. Also, the deformation of flocs due to increase strain was indicated from the investigation of the fractal nature.
A model for calculating structure interacted mechanics is proposed. A structural interaction model and controller design based on tuned mass damping (TMD) was developed to control the induced vibration. A key point is to introduce a new analytical model to evaluate the properties of the TMD that recognizes the motion-dependent nonlinear response observed in the simulations. Aiming at the problem of increased current harmonics and low efficiency of permanent magnet synchronous motors for electric vehicles due to dead time effect, a dead time compensation method based on neural network filter and current polarity detection is proposed. Firstly, the DC components and the higher harmonic components of the motor currents are obtained by virtue of what the neural network filters and the extracted harmonic currents are adjusted to the required compensation voltages by virtue of what the neural network filters. Then, the extracted DC components are used for current polarity dead time compensation control to avert the false compensation when currents approach zero. The neural network filter method extracts the required compensation voltages from the speed component and the current polarity detection compensation method obtains the required compensation voltages by discriminating the current polarity. The combination of the two methods can more precisely compensate the dead time effect of the control system to improve the control performance. Furthermore, based on the relaxed method, the intelligent approach of stability criterion can be regulated appropriately and the artificial TMD was found to be effective in reducing cross-wind vibrations.
The uncertainties involved in structural performances are of importance when the optimum number and property of seismic retrofit devices are determined. This paper proposes a seismic retrofit design framework for asymmetric soft-first-story buildings, considering uncertainties in the soil condition and seismic retrofit device. The effect of the uncertain parameters on the structural performance is used to find a robust and optimal seismic retrofit solution. The framework finds a robust and optimal seismic retrofit solution by finding the optimal locations and mechanical properties of the seismic retrofit device for different realizations of the uncertain parameters. The structural performance for each realization is computed to evaluate the effect of the uncertainty parameters on the seismic performance. The framework utilizes parallel processing to decrease the computationally intensive nonlinear dynamic analysis time. The framework returns a robust design solution that satisfies the given limit state for every realization of the uncertain parameters. The proposed framework is applied to the seismic retrofit design of a five-story asymmetric soft-first-story case study structure retrofitted with a viscoelastic damper. Robust optimal parameters for retrofitting a structure to satisfy the limit state for the different realizations of the uncertain parameter are found using the proposed framework. According to the performance evaluation results of the retrofitted structure, the developed framework is proved effective in the seismic retrofit of the asymmetric structure with inherent uncertainties.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.86-86
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2020
수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.
We develop in this work a new well-balanced preserving-positivity path-conservative central-upwind scheme for Saint-Venant-Exner (SVE) model. The SVE system (SVEs) under some considerations, is a nonconservative hyperbolic system of nonlinear partial differential equations. This model is widely used in coastal engineering to simulate the interaction of fluid flow with sediment beds. It is well known that SVEs requires a robust treatment of nonconservative terms. Some efficient numerical schemes have been proposed to overcome the difficulties related to these terms. However, the main drawbacks of these schemes are what follows: (i) Lack of robustness, (ii) Generation of non-physical diffusions, (iii) Presence of instabilities within numerical solutions. This collection of drawbacks weakens the efficiency of most numerical methods proposed in the literature. To overcome these drawbacks a reformulation of the central-upwind scheme for SVEs (CU-SVEs for short) in a path-conservative version is presented in this work. We first develop a finite-volume method of the first order and then extend it to the second order via the averaging essentially non oscillatory (AENO) framework. Our numerical approach is shown to be well-balanced positivity-preserving and shock-capturing. The resulting scheme could be seen as a predictor-corrector method. The accuracy and robustness of the proposed scheme are assessed through a carefully selected suite of tests.
To improve the vibration control performance and applicability of traditional particle tuned mass damper (PTMD) and realize the significant characteristic of lightweight design, this study proposes a novel particle tuned mass inerter system (PTMIS) by introducing inerter system (IS) to the PTMD. In the study, the motion equation of single degree of freedom (SDOF) structure attached with PTMIS is established first, then the variation law of the system's vibration reduction performance (VRP) is discussed through parameter analysis, and it is compared with the PTMD to analyze its VRP advantages. Finally, its vibration reduction (VR) mechanism from the perspective of core control force and energy analysis is explored, and its cavity relative displacement from the application perspective is analyzed. The results show that the PTMIS can remarkably improve the vibration control effectiveness of the PTMD. The reason is that the inerter can store energy and transfer the energy to the cavity and particles, which further stimulates the interaction between the two parts, thereby improving the nonlinear energy consumption effectiveness. Also, the IS can amplify the damping element's energy dissipation efficiency. In addition, the PTMIS can effectively reduce the working stroke of the PTMD, and through the analysis of the lightweight characteristics of the PTMIS, it is found that its lightweight advantage can reach nearly 100%.
Masonry arch bridges as a vital infrastructure were not designed for seismic loads. Given that masonry arch bridges are made up of various components, their contribution under the seismic actions can be very undetermined and each of these structural components can play a different role in energy dissipation. Iran is known as a high-risk area in terms of seismic excitations and according to the seismic hazard zoning classification of Iran, most of these railway infrastructures are placed in the high and very high seismicity zones or constructed near the major faults. Besides, these ageing structures are deteriorated and thus in recent years, some of these bridges using various retrofitting approaches, including sprayed concrete technique are strengthened. Therefore, investigating the behavior of these restored structures with new characteristics is very significant. The aim of this study is to investigate the cyclic in-plane performance of masonry arch bridges retrofitted by sprayed concrete technique through the finite element simulation. So, by considering the fill-arch interaction, the nonlinear behavior of a bridge has been investigated. Finally, by extracting the hysteresis and enveloping curves of the retrofitted and non-retrofitted bridge, the effect of strengthening on energy absorption and degradation of material has been investigated.
Numerical simulation of dynamic soil-pile-structure interaction embedded in a dry sand was carried out. 3D model of the dynamic centrifuge model tests was formulated in a time domain to consider nonlinear behavior of soil using the finite difference method program, FLAC3D. As a modeling methodology, Mohr-Coulomb criteria was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling (Kim et al., 2012) was used as boundary condition to reduce analysis time. Calibration process for numerical modeling results and test results was performed through the parametric study. Verification process was then performed by comparing numerical modeling results with another test results. Based on the calibration and validation procedure, it is identified that proposed modeling method can properly simulate dynamic behavior of soil-pile system in dry condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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