de Souza Bastos, Leonardo;Guerrero, Carolina Andrea Sanchez;Barile, Alan;da Silva, Jose Guilherme Santos
Coupled systems mechanics
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v.8
no.2
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pp.169-184
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2019
This research work presents a study that aims to assess the dynamic structural behaviour and also investigate the human comfort levels of a reinforced concrete building, when subjected to nondeterministic wind dynamic loadings, considering the effect of masonry infills on the global stiffness of the structural model. In general, the masonry fills most of the empty areas within the structural frames of the buildings. Although these masonry infills present structural stiffness, the common practice of engineers is to adopt them as static loads, disregarding the effect of the masonry infills on the global stiffness of the structural system. This way, in this study a numerical model based on sixteen-storey reinforced concrete building with 48 m high and dimensions of $14.20m{\times}15m$ was analysed. This way, static, modal and dynamic analyses were carried out in order to simulate the structural model based on two different strategies: no masonry infills and masonry infills simulated by shell finite elements. In this investigation, the wind action is considered as a nondeterministic process with unstable properties and also random characteristics. The fluctuating parcel of the wind is decomposed into a finite number of harmonic functions proportional to the structure resonant frequency with phase angles randomly determined. The nondeterministic dynamic analysis clearly demonstrates the relevance of a more realistic numerical modelling of the masonry infills, due to the modifications on the global structural stiffness of the building. The maximum displacements and peak accelerations values were reduced when the effect of the masonry infills (structural stiffness) were considered in the dynamic analysis. Finally, it can be concluded that the human comfort evaluation of the sixteen-storey reinforced concrete building can be altered in a favourable way to design.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.747-754
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2013
This study introduces a recently designed desktop-sized NC turning system and its components. This machine is designed for the ultra-precise turning of parts with a diameter of 0.5-20 mm with minimum space usage for the machine. This study aims to achieve submicron-level accuracy of movements and good rigidity of the machine for precision machining using the desktop-sized machine. The components such as the main machine structure, air bearing servo spindle, and XZ stage with needle roller guides are designed, and the designed machine is built with a PC-based CNC controller. Its static and dynamic stiffness performances and positioning resolutions are tested. Through machining tests with single-crystal diamond tools, a form error less than $0.8{\mu}m$ and surface roughness (Ra) of $0.03{\mu}m$ for workpieces are obtained.
Yun, Hee Taek;Kim, Nam Il;Kim, Moon Young;Gil, Heung Bae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.4
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pp.509-518
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2002
In order to perform the spatial buckling and static analysis of the nonsymmetric thin-walled beam-column element, improved exact static stiffness matrices were evaluated using equilibrium equation and force-deformation relationships. This numerical technique was obtained using a generalized linear eigenvalue problem, by introducing 14 displacement parameters and system of linear algebraic equations with complex matrices. Unlike the evaluation of dynamic stiffness matrices, some zero eigenvalues were included. Thus, displacement parameters related to these zero eigenvalues were assumed as polynomials, with their exact distributions determined using the identity condition. The exact displacement functions corresponding to three loadingcases for initial stress-resultants were then derived, by consistently combining zero and nonzero eigenvalues and corresponding eigenvectors. Finally, exact static stiffness matrices were determined by applying member force-displacement relationships to these displacement functions. The buckling loads and displacement of thin-walled beam were evaluated and compared with analytic solutions and results using ABAQUS' shell element or straight beam element.
Evaluation of tunnel performance in seismic-prone areas demands efficient means of estimating performance at different hazard levels. The present study introduces an innovative push-over analysis approach which employs the standard earthquake spectrum to simulate the performance of a tunnel. The numerical simulation has taken into account the lining and surrounding rock to calculate the rock-tunnel interaction subjected to a static push-over displacement regime. Elastic perfectly plastic models for the lining and hardening strain rock medium were used to portray the development of plastic hinges, nonlinear deformation, and performance of the tunnel structure. Separately using a computational algorithm, the non-linear response spectrum was approximated from the average shear strain of the rock model. A NATM tunnel in Turkey was chosen for parametric study. A seismic performance curve and two performance thresholds are introduced that are based on the proposed nonlinear seismic static loading approach and the formation of plastic hinges. The tunnel model was also subjected to a harmonic excitation with a smooth response spectrum and different amplitudes in the fully-dynamic phase to assess the accuracy of the approach. The parametric study investigated the effects of the lining stiffness and capacity and soil stiffness on the seismic performance of the tunnel.
This paper describes the dynamic characteristics of the joint structures in case of using the simplified beam model in the F. E. analysis. The modeling errors, when replace the shell with the beam, are investigated through F. E. normal modes analysis. Normal mode analysis were performed to obtain the natural frequencies of the L and T shaped joints with various type of channels. The results were analyzed to access the effects of the models on the accuracy of F.E. analysis by identifying the geometric factors which cause the error. The geometric factors considered are joint angle, channel length, thickness and area ratio of the hollow section to the filled one. The joint stiffness evaluation technique is developed in this study using normal modes analysis with Lumped Mass. With this method, the progressively improved results of F. E. analysis are obtained using the simplified beam model. The static and normal modes analysis are performed with the joint stiffness values obtained by the Kazunori Shimonkakis' virtual stiffness method and the proposed method and these simplified modeling errors are compared.
Seismic performance evaluation of shear wall is essential as it is the major lateral load resisting member of a structure. The ultimate load and ultimate drift of the shear wall are the two most important parameters which need to be assessed experimentally and verified analytically. This paper comprises the results of monotonic tests, quasi-static cyclic tests and shake-table tests carried out on a midrise shear wall. The shear wall considered for the study is 1:5 scaled model of the shear wall of the internal structure of a reactor building. The analytical simulation of these tests is carried out using micro and macro modeling of the shear wall. This paper mainly consists of modification in the hysteretic macro model, developed for RC structural walls by Lestuzzi and Badoux in 2003. This modification is made by considering the stiffness degradation effect observed from the tests carried out and this modified model is then used for nonlinear dynamic analysis of the shear wall. The outcome of the paper gives the variation of the capacity, the failure patterns and the performance levels of the shear walls in all three types of tests. The change in the stiffness and the damping of the wall due to increased damage and cracking when subjected to seismic excitation is also highlighted in the paper.
This paper presents an integrated wind-induced dynamic analysis and computer-based design optimization technique for minimizing the structural cost of general tall buildings subject to static and dynamic serviceability design criteria. Once the wind-induced dynamic response of a tall building structure is accurately determined and the optimal serviceability design problem is explicitly formulated, a rigorously derived Optimality Criteria (OC) method is to be developed to achieve the optimal distribution of element stiffness of the structural system satisfying the wind-induced drift and acceleration design constraints. The effectiveness and practicality of the optimal design technique are illustrated by a full-scale 60-story building with complex 3D mode shapes. Both peak resultant acceleration criteria and frequency dependent modal acceleration criteria are considered and their influences on the optimization results are highlighted. Results have shown that the use of various acceleration criteria has different implications in the habitability evaluations and subsequently different optimal design solutions. The computer based optimization technique provides a powerful tool for the lateral drift and occupant comfort design of tall building structures.
This paper describes the correlation and relationship between elastic moduli measured by three stiffness measurement methods with different mechanical characteristics to evaluate the compaction characteristics of subgrade soils. The Soil Stiffness Gauge (SSG) with very small strain (${\approx}0.001%$) ranges, static Plate Loading Test (PLT) with mid-level strain (${\approx}0.01{\sim}0.1%$) ranges, and Dynamic Cone Penetrometer (DCP) using penetration resistance were implemented to measure the elastic modulus. To use the elastic modulus measured by different measurement methods with a wide range of strain in practice, it is required to identify the correlation and relationship of measured values in advance. The comparison results of the measured elastic moduli ($E_{SSG}$, $E_{PLT}$, $E_{DCP}$) using the three measurement methods for domestic and overseas subgrade soils under various conditions indicate that the evaluated elastic modulus relies on the types of soils and the level of stress condition. The correlation analysis of the measured elastic moduli except the data of cement treated soils indicates that the static elastic modulus ($E_{PLT}$) is evaluated as about 60 to 80% of the dynamic elastic modulus ($E_{SSG}$). Unusual soils such as cement treated soils are required to be corrected by the stress correction during the correlation analysis with typical soils, because these types of soils are sensitive to the stress condition when measuring the static elastic modulus ($E_{PLT}$) of soils. In addition, when considering the use of DCP data for the evaluation of the elastic modulus ($E_{DCP}$), the measured data of the elastic modulus less than 200 MPa show more reliable correlation.
Park, B.J.;Jung, S.Y.;Lee, J.P.;Park, B.C.;Kim, C.H.;Han, S.C.;Du, S.G.;Sung, T.H.;Han, Y.H.
Progress in Superconductivity
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v.11
no.1
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pp.57-61
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2009
A superconductor flywheel energy storage(SFES) system is mainly act an electro-mechanical battery which transfers mechanical energy into electrical form and vice versa. SFES system consists of a pair of non-contacting High Temperature Superconductor (HTS) bearings with a very low frictional loss. But it is essential to design an efficient HTS bearing considering with rotor dynamic properties through correct calculation of stiffness in order to support a huge composite flywheel rotor with high energy storage density. Static properties of HTS bearings provide data to solve problems which may occur easily in a running system. Since stiffness to counter vibration is the main parameter in designing an HTS bearing system, we investigate HTS bearing magnetic force through static properties between the Permanent Magnet(PM) and HTS. We measured axial / radial stiffness and found bearing stiffness can be easily changed by activated vibration direction between PM and HTS bulk. These results are used to determine the optimal design for a 10 kWh SFES.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.7
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pp.627-634
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2014
Machine tool vibration is well known for reducing machining accuracy. Because vibration response of a linear structure generally depends on its transfer function if the magnitude of excitation were kept constant, this study introduces a RET(Random Excitation Test) based on FRF method to evaluate stiffness of a prototype HDMTL(Heavy-Duty Multi-Tasking Lathe) for large crankshaft of marine engine. Firstly, two force loops of the lathe and corresponding structural loops were identified:1) workpiece - spindle - head stock - main bed, 2) workpiece - tool post - carriage bed. Secondly, compliances of each structural loop were measured respectively using RET with a hydraulic exciter and then converted into stiffness. Finally, the measured stiffness was compared with that obtained previously by FEM analysis. As the result, both measured and computed stiffness were closely in agreement with each other. And the prototype HDMTL has evidently sufficient rigidity above ordinary heavy-duty lathes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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