The local topography has a significant effect on the characteristics of seismic ground motion. This paper investigates the influence of topographic effects on the seismic response of a train-bridge system. A 3-D finite element model with local absorbing boundary conditions is established for the local site. The time histories of seismic ground motion are converted into equivalent loads on the artificial boundary, to obtain the seismic input at the bridge supports. The analysis of the train-bridge system subjected to multi-support seismic excitations is performed, by applying the displacement time histories of the seismic ground motion to the bridge supports. In a case study considering a bridge with a span of 466 m crossing a valley, the seismic response of the train-bridge system is analyzed. The results show that the local topography and the incident angle of seismic waves have a significant effect on the seismic response of the train-bridge system. Leaving these effects out of consideration may lead to unsafe analysis results.
The component-based method is widely used to analyze the initial stiffness of joint in steel structures. In this study, an analytical component model for determining the column face stiffness of square or rectangular hollow section (SHS/RHS) subjected to tension was established, focusing on endplate connections. Equations for calculating the stiffness of the SHS/RHS column face in bending were derived through regression analysis using numerical results obtained from a finite element model database. Because the presence of bolt holes decreased the bending stiffness of the column face, this effect was calculated using a novel plate-spring-based model through numerical analysis. The developed component model was first applied to predict the bending stiffness of the SHS column face determined through tests. Furthermore, this model was incorporated into the component-based method with other effective components, e.g., bolts under tension, to determine the tensile stiffness of the T-stub connections, which connects the SHS column, and the initial rotational stiffness of the joints. A comparison between the model predictions, test data, and numerical results confirms that the proposed model shows satisfactory accuracy in evaluating the bending stiffness of SHS column faces.
In this study, a composite material frame was designed to increase the energy harvesting efficiency of polyvinylidene fluoride (PVDF) ribbon harvesters which are installed inside smart shoes. In order to minimize the amount of deformation in the load direction of the frame, it was designed using carbon continuous fiber composites and its complex shaped structure was manufactured using a 3D printer. In order to calculate the amount of deformation of the insole and midsole of the shoes under the condition of the load generated during walking, the insole and midsole were modeled using the distributed spring elements. Using finite element analysis, the elongation of ribbon-type harvesters mounted on smart shoes was calculated during walking. It is expected that the predicted elongation of the harvester can be utilized to increase the energy harvesting efficiency of smart shoes.
We developed an accurate and simple vibration model to calculate the natural frequencies and their corresponding vibration modes for multi-span beam bridges with non-uniform cross-sections. A closed set of characteristic functions of a single-span beam was used to construct the vibration modes of the multi-span bridges, which were considered single-span beams with multiple constraints. To simplify the boundary conditions, the restraints were converted into spring constraints. Then the functional of the total energy has the same form as the penalty method. Compared to the conventional penalty method, the penalty coefficients in the proposed approach can be calculated directly, which can avoid the iteration process and convergence problem. The natural frequencies and corresponding vibration modes were obtained via the minimum total potential energy principle. By using the symmetry of the eigenfunctions or structure, the matrix size can be further reduced, which increases the computational efficiency of the proposed model. The accuracy and efficiency of the proposed approach were validated by the finite element method.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.6
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pp.227-235
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2022
For a member model in nonlinear structural analysis, a lumped plastic model that idealizes its flexural bending, shear, and axial behaviors by springs with the nonlinear hysteretic model is widely adopted because of its simplicity and transparency compared to the other rigorous finite element methods. On the other hand, a challenging task in its numerical solution is to satisfy the equilibrium condition between nonlinear flexural bending and shear springs connected in series. Since the local forces between flexural and shear springs are not balanced when one or both springs experience stiffness changes (e.g., cracking, yielding, and unloading), the additional unbalanced force due to overshooting or undershooting each spring force is also generated. This paper introduces an iterative scheme for numerical solutions satisfying the equilibrium conditions between flexural bending and shear springs. The effect of equilibrium iteration on analysis results is shown by comparing the results obtained from the proposed method to those from the conventional scheme, where the equilibrium condition is not perfectly satisfied.
This paper emphasizes the use of CFT columns in frame structures subjected to strong horizontal forces and shows that the efficiency of using CFT columns is increased when the plastic design approach is adopted. Because the plastic design approach is based on redistribution of the force of the internal member, a double node for the rotational degrees of freedom, where the adjacent two rotational degrees of freedom can be connected by a non-dimensional spring element, is designed and implemented into the formulation. In addition, an accompanying criterion is considered in order to make it possible to describe the continuous moment redistribution in members connected to a nodal point up to a complete plastic state. The efficiency of CFT columns is reviewed in comparison with RC columns in terms of the cost and the resistance capacity, as defined by a P-M interaction diagram. Three representative frame structures are considered and the obtained results show that the most efficient and economical design can be expected when the use of CFT columns is considered on the basis of the plastic design, especially when a frame structure is subjected to significant horizontal forces, as in a high-rise building.
Recently many researches have been focused on the use of the markerless augmented reality system using face, foot, and hand of user's body to alleviate many disadvantages of the marker based augmented reality system. In addition, most existing augmented reality systems have been utilized rigid objects since they just desire to insert and to basic interaction with virtual object in the augmented reality system. In this paper, unlike restricted marker based augmented reality system with rigid objects that is based in display, we designed and implemented the markerless augmented reality system using deformable objects to apply various fields for interactive situations with a user. Generally, deformable objects can be implemented with mass-spring modeling and the finite element modeling. Mass-spring model can provide a real time simulation and finite element model can achieve more accurate simulation result in physical and mathematical view. In this paper, the proposed markerless augmented reality system utilize the mass-spring model using tetraheadron structure to provide real-time simulation result. To provide plausible simulated interaction result with deformable objects, the proposed method detects and tracks users hand with Kinect SDK and calculates the external force which is applied to the object on hand based on the position change of hand. Based on these force, 4th order Runge-Kutta Integration is applied to compute the next position of the deformable object. In addition, to prevent the generation of excessive external force by hand movement that can provide the natural behavior of deformable object, we set up the threshold value and applied this value when the hand movement is over this threshold. Each experimental test has been repeated 5 times and we analyzed the experimental result based on the computational cost of simulation. We believe that the proposed markerless augmented reality system with deformable objects can overcome the weakness of traditional marker based augmented reality system with rigid object that are not suitable to apply to other various fields including healthcare and education area.
This study summarizes the relations among $PM_{2.5}$ concentration, water-soluble ions concentration, metallic element Components characteristics and SPSS in negative ion and metallic element of $PM_{2.5}$ particle in Miryang.(By the urban area, the industrial complex area and the suburban area according to the season) $PM_{2.5}$ concentration of total 72 samples collected from 3 sites turned out to range from 3.47 to 34.7 ${\mu}g/m^3$, and the average concentration was the suburban area-the kin nup(16.00 ${\mu}g/m^3$) > the urban area-the roof of the old Miryang university(10.32 ${\mu}g/m^3$) > the industrial complex-Sapo industrial complex(10.29 ${\mu}g/m^3$). In particular, the suburban area had $PM_{2.5}$ concentration 1.5 times those of urban area, industrial complex. It was thought although the site was suburban and farm-side without pollutants around, it had a higher concentration value influenced by external factors including the brickyard, small-scale incinerator, driving range construction, construction on the Daegu-Busan express and the widening of the four-lane road between Miryang-Anyang nearby. As for water-soluble ions among $PM_{2.5}$ particle collected in Miryang area, $SO4_{2^-}$ accounted for 60% and $NO_{3^-}$, was 30% in spring and summer. And $NO_{3^-}$ accounted for 50% and $SO4_{2^-}$ was 35% in fall and winter. The AI value of metallic Components among $PM_{2.5}$ particle collected in Miryang area had a high value influenced by the apartment complex construction and the extension work of road. The industrial complex area had Zn concentration 3 times, and Fe concentration 2 times those of urban area and suburb area. When it comes to the relation with metallic elements in urban area, the highest coefficient of correlation was between Cr-Fe with 0.85, and Pb-Cd turned out in the reverse correlation. Among metallic elements, the coefficients of correlation between Zn and Cr, Mn, Fe, NI were high in industrial complex area. The highest coefficient of correlation was between Mn-Zn with 0.88, meanwhile Ni and Cu, Cd turned out in the reverse correlation in the suburb area. These coefficients of correlation are attributed to the difference in pollutant sources, rather than difference in pollutant and non-pollutant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.737-752
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1992
Analysis of elasto-dynamic deformation of flexible linkage mechanism is conducted using the finite element method. The equations of motion of the system are derived from the static structural problem in which dynamic inertia, gravitational and driving forces are treated as external loads. Linear spring model is included in the formulation of equation of motions to represent the effects of deformation of elastic bearings of revolute joints on the system behavior. A computer program is constructed and applied to analyze a specific crank-lever 4-bar mechanism. The algorithm of the program is as follows. First, the natural frequencies and the mode shapes of the system are calculated by solving the eigenproblem of the mechanism system which can be considered as a static structure by assuming the input shaft (crank shaft) to be fixed at any given configuration of mechanism. And finally, the elasto-dynamic deformation of the whole system is obtained using mode superposition method for the case of constant input speed. The effect of geometric stiffness on the mechamism is included in the program with the axial forces of links obtained through the quasi-static displacement analysis. It is found that the geometric stiffness exerts an important effect upon the elasto-dynamic behavior of the flexible linkage mechanism. Elastic deformation of bearing lowers the natural frequencies of the system, resulting smaller elastic displacement at the mid-point of the links and bigger elestic displacement at the ends of the links than rigid bearing. The above investigation of flexible linkage mechanism shows that the effects of the elastic deformation of bearing on the mechanism should be considered to design the mechanism which satisfies more preciously the purpose and the condition of design.
Here we report major element composition, trace and rare earth element abundance, Sm-Nd and Rb-Sr isotopic composition from Deokgu leucogranite. Chondrite-normalized REE pattern and its Eu anomaly are divided into 3 types systematically, and have close relationship with $SiO_2$ contents. Such geochemical characteristic indicates that the leucogranite was derived by feldspar fractionation from a common source magma. Sm-Nd and Rb-Sr whole rock ages are $1,785{\pm}180Ma$ (initial $^{143}Nd/^{144}Nd\;ratio=0.51003{\pm}0.00016,\;2{\sigma}$; ${\varepsilon}_{Nd}(T)=-5.9$) and $1,735{\pm}260Ma$ (initial $^{87}Sr/^{86}Sr\;ratio=0.702{\pm}0.046,\;2{\sigma}$), respectively. Initial ${\varepsilon}_{Nd}$ value indicates that the magma should be derived from the crustal material. This initial ${\varepsilon}_{Nd}$ value also corresponds well with those from the Precambrian granitoids from North-China Craton rather than those of South-China Craton.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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