The tension leg platform (TLP) is one of the compliant structures which are generally used for deep water oil exploration. With respect to the horizontal degrees of freedom, it behaves like a floating structure moored by vertical tethers which are pretension due to the excess buoyancy of the platform, whereas with respect to the vertical degrees of freedom, it is stiff and resembles a fixed structure and is not allowed to float freely. In the current study, a numerical study for square TLP using modified Morison equation was carried out in the time domain with water particle kinematics using Airy's linear wave theory to investigate the effect of changing the tether tension force on the stiffness matrix of TLP's, the dynamic behavior of TLP's; and on the fatigue stresses in the cables. The effect was investigated for different parameters of the hydrodynamic forces such as wave periods, and wave heights. The numerical study takes into consideration the effect of coupling between various degrees of freedom. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables. Nonlinear equation was solved using Newmark's beta integration method. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that for short wave periods (i.e., 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on tether tension force, wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations that is significantly dependent on wave height, and that special attention should be given to tethers fatigue because of their high tensile static and dynamic stress.
Bae, Jae-Seong;Kim, Hyun-Sik;Bae, Jin-Kyu;Lim, Tae-Hyun;Hwang, Jae-Min;Jung, Sung Nam
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.4
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pp.277-282
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2018
In this study, the accuracy and efficiency of a composite rotor blade cross-section analysis program, Ksec2d-AE, which is available at an educational web-based platform called EDISON-CSD, are assessed for possible use in undergraduate structural analysis projects. To this purpose, the convergence of cross-sectional constants by varying the number of finite elements in the cross-section of a wind turbine blade is investigated. The stiffness constants along with the cross-sectional engineering offsets obtained using Ksec2d-AE are validated against a 3D finite element analysis program MSC NASTRAN.
A co-rotational quasi-conforming formulation of four- node stress resultant shell elements using Ivanov-Ilyushin yield criteria are presented for the nonlinear analysis of plate and shell structure. The formulation of the geometrical stiffness is defined by the full definition of the Green strain tensor and it is efficient for analyzing stability problems of moderately thick plates and shells as it incorporates the bending moment and transverse shear resultant force. As a result of the explicit integration of the tangent stiffness matrix, this formulation is computationally very efficient in incremental nonlinear analysis. This formulation also integrates the elasto-plastic material behaviour using Ivanov Ilyushin yield condition with isotropic strain hardening and its asocia ted flow rules. The Ivanov Ilyushin plasticity, which avoids multi-layer integration, is computationally efficient in large-scale modeling of elasto-plastic shell structures. The numerical examples herein illustrate a satisfactory concordance with test ed and published references.
Park, Hong-Sun;Choi, Jung-Hun;Koo, Jae-Mean;Seok, Chang-Sung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.757-762
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2010
Owing to the high specific strength and stiffness of composite materials, they are extensively used in mechanical systems and in vehicle industries. However, most mechanical structures experience repeated load and fatigue. Therefore, it is important to perform fatigue analysis of fiber-reinforced composites. The properties of composite laminates vary depending upon the stacking sequence and stacking direction. Fatigue damage of composite laminates occurs according to the following sequence: matrix cracking, delamination, and fiber breakage. In this study, fatigue tests were performed for damage analysis. Fatigue damages, which have to be considered in fatigue analysis, are determined by using the stiffness values calculated from hysteresis loops, and the obtained fatigue damage curve is examined using Mao's equation and Abdelal's equation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.3
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pp.1-8
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2001
Seismic design forces for bridge components may be determined by modifying elastic member forces of design earthquakes using appropriate response modification factors according to the national design code of bridges Modeling technique of pile foundation system is one of the important parameters which greatly affects the results in the process of the elastic seismic analysis of a bridge system with pile foundation. In this paper, a approximate and simplified modeling technique of a pile foundation system for the practical purposes is presented. The modeling technique is based on the stiffnesses of pile foundation during earthquake. The horizontal stiffnesses are determined from the resistance-deflection curves derived from the results of dynamic field tests using cyclic loads and the vertical stiffness includes the effects of the end bearing capacities and side friction of piles as well as the pile compliances under the expected vertical load level. The applicability of the proposed technique has been validated through the some example bridge analyses.
We develop the weighted-averaging finite-element method which uses four kinds of element sets. By constructing global stiffness and mass matrices for four kinds of element sets and then averaging them with weighting coefficients, we obtain a new global stiffness and mass matrix. With the optimal weighting coefficients minimizing grid dispersion and grid anisotropy, we can reduce the number of grid points required per wavelength to 4 for a $1\%$ upper limit of error. We confirm the accuracy of our weighted-averaging finite-element method through accuracy analyses for a homogeneous and a horizontal-layer model. By synthetic data example, we reconfirm that our method is more efficient for simulating a geological model than previous finite-element methods.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.3
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pp.240-248
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2013
Torsional vibrations, such as the gear rattle of the manual transmission in vehicle systems, are correlated with the firing stroke from the engine. These vibro-impacts can be examined based upon linear time-invariant analysis. In order to understand the gear dynamics, a specific manual transmission with a front-engine front-wheel drive configuration is investigated. A method to reduce the degrees of freedom is suggested based upon the eigensolutions and frequency response functions, which will lead to the development of an efficient matrix size. The dynamic characteristics of single- and dual-mass flywheels are then compared. The effect of the dual-mass flywheel is investigated based upon the mobility analysis, which will lead to understanding of the concepts for avoiding vibro-impacts. A linear time-invariant system model is examined by employing the effective clutch stiffness from a two-stage clutch damper. Thus, the relationship between the dynamic characteristics and the clutch damper can be predicted by assuming a combination of different stage stiffness levels.
The aim of the current study is to develop a nonlinear isoparametric layered frame finite element (FE) analysis of FRP strengthened reinforced concrete (RC) beam or column members by a force-based FE formulation. In sections, concrete is modeled in the triaxial stress-strain relationship state and the FRP sheet is modeled as layered composite materials in two-dimension. The element stiffness matrix derived by the force-based FE has the force-interpolation functions without assuming the displacement shape functions. A lateral load test of RC column strengthened by GFRP sheets was analyzed by the developed force-based FE model. From comparative studies of the experimental and analysis results, it was shown to compare with the stiffness FE method that the force-based FE analysis could give more accurate predictions in the overall lateral load-deflection response as well as in nonlinear deformations and damages in the column plastic hinge region.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.164-171
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2005
This study aims to examine an effect of stacking sequence and curvature on the penetration characteristic of a composite laminated shell. For the purpose, we manufactured specimens with different stacking sequences and curvatures, and conducted a penetration test using an air-gun. To examine an influence according to stacking sequence, as flat plate and curvature specimen had more plies, their critical penetration energy was higher, Critical penetration energies of specimen A and C with less interfaces somewhat higher than those of B and D with more interfaces. The reason that with less interfaces, critical penetration energy was higher is pre-impact bending stiffness of composite laminated shell with less interfaces was lower than that of laminated shell with more interfaces, but bending stiffness after impact was higher. And it is because interface, the weakest part of the composite laminated shell, was influenced by transverse impact. As curvature increases, critical penetration energy increases linearly. It is because as curvature increases, resistance to in-plane deformation as well as bending deformation increases, which need higher critical penetration energy. Patterns of cracks caused by penetration of composite laminated shells include interlaminar crack, intralaminar crack, and laminar fracture. A 0$^{\circ}$ply laminar had a matrix crack, a 90$^{\circ}$ply laminar had intralaminar crack and laminar fracture, and interface between 0$^{\circ}$and 90$^{\circ}$laminar had a interlaminar crack. We examined crack length and delamination area through a penetration test. For the specimen A and C with 2 interface, the longest circumferential direction crack length and largest delamination area were observed on the first interface from the impact point. For the specimen B and D with 4 interface, the longest crack length and largest delamination area were observed on the third interface from the impact point.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.13
no.1
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pp.73-79
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2001
In this study, a submerged plate-type breakwater is considered, which is supported by elastic foundation. This breakwater makes use of wave phase interaction among the incident, diffracted and radiated waves. We apply a three-dimensional singularity distribution method within the linear potential theory in order to describe the wave field. The submerged plate is assumed to be rigid and the elastic support be a linear spring with constant stiffness. A typical rectangle plate is exemplified for numerical calculation. The thickness of the plate is carefully selected in order to guarantee the solution to be stable by checking the condition number of the system matrix. A parametric study is carried out for examining the effect of the stiffness of the elastic support on performance of the breakwater. We also examine the effect of the submerged depth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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