This paper presents the optimization design technique on the joint stiffness and section characteristic factors of chassis frame, by using beam and spring elements in a given design package. Two correction methods are used for the optimization design of chassis frame. First is the equivalent inertia of moment method in relation to the section characteristic factors of joint zones, which are thickness , width and height of frame channel section. Second is the rotational spring element with joint stiffness of joint zones. The CAE example shows that the relationship of section characteristic factors and joint stiffness can effectively be used in designing chassis frame. In this point, if static and dynamic targets are given, the joint-zone and section characteristic factors of chassis frame intended may be designed and defined by using beam and rotational spring elements.
As the Sewer Pipe is transformed by the expansion of life cycle as a result of the technology development, flexible pipe is developed by the transformed environmental conditions. To change pipe design, three phases(compaction ration - inner deflection ratio - ring stiffness) should be considered in design conditions. The input data of pipe design were provided by compaction-inner deflection ratio-ring stiffness. M oreover, The guidelines of sewerage pipes should be considered by flexible pipes design criteria.
The Eradi Quake System (EQS) is a seismic isolation bearing system designed to minimize forces and displacements experienced by structures subjected to ground motion. The EQS dissipates seismic energy through friction of Poly Tetra Fluoro Ethylene (PTFE) disk pad. In general, a force-displacement relationship of EQS has post yield stiffness hardening during large inelastic displacement. In this study, seismic responses of seismically isolated nuclear power plant (NPP) subjected to design basis earthquake (DBE) and beyond design basis earthquakes (150% DBE and 167% DBE) are compared considering the post yield stiffness hardening effect of EQS. From the results, it can be observed that if the post-yield stiffness hardening effect of EQS is increased, the displacement response of EQS is reduced, and the acceleration and shear responses of containment structures of NPP is increased.
Redundant actuated parallel kinematic machines (PKMs) have been widely researched to increase stiffness of PKMs. This paper presents theoretical analyses on the stiffness of non-redundant and redundant actuated PKM. Stiffness of each mechanism is defined by summation of actuator and structural stiffness; the actuator stiffness is determined from displacements of actuators, and the structural stiffness is determined from deformations of links by external forces. Calculated actuator and structural stiffness of non-redundant PKM show same distribution in entire workspace. On the contrary, the actuator and the structural stiffness of a redundant PKM has very different distribution in the workspace; so, we conclude the structural stiffness of redundant PKM should be considered to design the redundant PKM. The results can be used to design and analyze non-redundant and redundant PKMs.
Golzar, Farzin G.;Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey
Structural Engineering and Mechanics
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제61권6호
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pp.701-709
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2017
Seismic dissipation devices can play a crucial role in mitigating earthquake damages, loss of life and post-event repair and downtime costs. This research investigates the use of ring springs with high-force-to-volume (HF2V) dissipaters to create damage-free, recentring connections and structures. HF2V devices are passive rate-dependent extrusion-based devices with high energy absorption characteristics. Ring springs are passive energy dissipation devices with high self-centring capability to reduce the residual displacements. Dynamic behaviour of a system with nonlinear structural stiffness and supplemental hybrid damping via HF2V devices and ring spring dampers is used to investigate the design space and potential. HF2V devices are modelled with design forces equal to 5% and 10% of seismic weight and ring springs are modelled with loading stiffness values of 20% and 40% of initial structural stiffness and respective unloading stiffness of 7% and 14% of structural stiffness (equivalent to 35% of their loading stiffness). Using a suite of 20 design level earthquake ground motions, nonlinear response spectra for 8 different configurations are generated. Results show up to 50% reduction in peak displacements and greater than 80% reduction in residual displacements of augmented structure compared to the baseline structure. These gains come at a cost of a significant rise in the base shear values up to 200% mainly as a result of the force contributed by the supplemental devices.
The design of current collection system of high speed train requires the fundamental understandings for the dynamic characteristics of catenary system and pantograph. The stiffness of catenary system of high speed train has the varying characteristics for the change of contact point with pantograph, since the supporting pole and hanger make the different boundary conditions for the up-down stiffness of a trolley wire. The variation of stiffness results in Mathiue equation, which characterizes the stability of the system. However, the two-term variation of the stiffness due to span length and hanger distance cannot be solved analytically. In this paper, the stiffness variations are calculated and the physical reasoning of linear model and one term Mathieu equation are reviewed. And the numerical analysis for the two-term variation of the stiffness is done for the several design parameters of pantograph.
The purpose of this research is to compare the stiffness increment effects with the floor plan shapes by the stiffness increment factors. For this, we generated the standard floor plans with Box and T type shapes. Then applied the stiffness increment factors -outrigger, material strength, member section- to those floor plans, and generated several alternative analysis models that make the effects of the factors to the lateral displacement exposed. Finally, we analyzed the stiffness increment effects and compared with each other by the stiffness increment factors. As a result, we found that the increment effects have not influence to floor plan shapes, and orders of stiffness increment effects are outrigger, core wall and material strength. We expect that the results of this study could be effectively utilized in the schematic structural design of tall buildings.
A bellows is a component installed in the automobile exhaust system to reduce the impact from an engine. It's stiffness has a great influence on the natural frequency of the system. Therefore, it must be designed to keep the specified stiffness that requires in the system. This study present the finite element analysis of U-typed bellows using a curved conical frustum element and the shape optimal design with specified stiffness. The finite element analysis is verified by comparing with the experimental results. In the shape optimal design, the weight is considered as the cost function. The specified stiffness from the system design is transformed to equality constraints. The formulation has inequality constraints imposed on the fatigue limit, the natural frequencies, the buckling load and the manufacturing conditions. A procedure for shape optimization adopts a thickness, a corrugation radius, and a length of annular plate as optimal design variables. The external loading conditions include the axial and lateral loads with a boundary condition fixed at an end of the bellows. The recursive quadratic programming algorithm is selected to solve the problem. The result are compared with the existing bellows, and the characteristics of the bellows is investigated through the optimal design process. The optimized shape of the bellows are expected to give quite a good guideline to the practical design.
In the drift design of high-rise buildings, once the geometry and dimensions of a structure are predetermined, engineer's remaining work is determination of the member size to satisfy the strength and the stiffness requirements. For the case of highrise buildings, designs are determined by the stiffness requirements at the final stage of structural design. Thus, engineers try to find a minimum weight design with maximum lateral stiffness. However, there is no guideline for engineers on the required weight of structures per unit area to satisfy the stiffness requirements. In this study, drift design method considering weight modification factors are presented and applied to a 20-story structure. The proposed drift design method considering weight modification factors may give the guideline for engineers on the amount of structural weight to attain target displacement.
The previous elastic stiffness formulas of leaf type holddown spring assemblies(HDSs) have been corrected and extended to be able to consider the point of taper runout for the TT-HDS and all the strain energies for both the TT-HDS and the TW-HDS based on Euler beam theory and Castigliano'stheorem. The elastic stiffness sensitivity of the leaf type holddown spring assemblies was analyzed using the derived elastic stiffness formulas and their gradient vectors obtained from the mid-point formula. As a result of the sensitivity analysis, the elastic stiffness sensitivity at each design variable is quantified and design variables having remarkable sensitivity are identified. Among the design variables, leaf thickness is identified as that of having the most remarkable sensitivity of the elastic stiffness. In addition, it was found that the sensitivity of the leaf type HDS's elastic stiffness is exponentially correlated to the leaf thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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