철도교량의 경우, 열차하중에 의한 영향으로 교량 단부에서 상향력이 발생하였으며, 이 상향력은 체결장치에 압축력과 인장력을 유발시켰다. 현재까지 이에 대한 안전성을 검토하기 위해 체결장치를 1방향의 스프링 요소로 모사하여 구조해석을 수행해 왔다. 이러한 경우에 스프링 요소의 강성은 압축력을 재하한 실험적 연구에 의하여 산정되었다. 따라서, 상향력은 체결장치에 압축력뿐만 아니라 인장력도 유발시키기 때문에 합리적이고 정확한 구조해석을 수행하기 위해서는 인장력을 재하한 실험적 연구로부터 산정된 병진방향 강성 그리고 회전방향 강성을 함께 고려해야 한다. 본 연구에서는 6가지 실험체에 대하여 탄성과 비탄성 실험을 수행하여 레일 연직방향 병진강성과 레일 강축에 대한 회전강성을 검토하였고, 체결장치의 구조적인 거동을 분석하였다.
This paper describes an experimental study on structural health monitoring of a 1:3-scaled one-story concrete frame subjected to seismic damage and retrofit. The structure is tested on a shaking table by exerting successively enhanced earthquake excitations until severe damage, and then retrofitted using fiber-reinforced polymers (FRP). The modal properties of the tested structure at trifling, moderate, severe damage and strengthening stages are measured by subjecting it to a small-amplitude white-noise excitation after each earthquake attack. Making use of the measured global modal frequencies and a validated finite element model of the tested structure, a neural network method is developed to quantitatively identify the stiffness reduction due to damage and the stiffness enhancement due to strengthening. The identification results are compared with 'true' damage severities that are defined and determined based on visual inspection and local impact testing. It is shown that by the use of FRP retrofit, the stiffness of the severely damaged structure can be recovered to the level as in the trifling damage stage.
It has been known that one-dimensional rod theory is very effective as a simplified analytical approach to large scale or complicated structures such as high-rise buildings, in preliminary design stages. It replaces an original structure by a one-dimensional rod which has an equivalent stiffness in terms of global properties. If the structure is composed of distinct constituents of different stiffness such as coupled walls with opening, structural behavior is significantly governed by the local variation of stiffness. This paper proposes an extended version of the rod theory which accounts for the two-dimensional local variation of structural stiffness; viz, variation in the transverse direction as well as longitudinal stiffness distribution. The governing equation for the two-dimensional rod theory is formulated from Hamilton's principle by making use of a displacement function which satisfies continuity conditions across the boundary between the distinct structural components in the transverse direction. Validity of the proposed theory is confirmed by comparison with numerical results of computational tools in the cases of static, free vibration and forced vibration problems for various structures.
TWB(Tailor Welded Blanks) is one of the recent techniques to reduce the weight and cost of the body members. To apply the TWB technique, we must decide the position of the welding line and the thickness of the welded blanks. Although many researchers have tried to check the formability of welded blanks, there are not so many researches from the structural point of view. In this paper, the TWB technique is applied to combine the door inner panel and the hinge face panel into one piece. The finite element structural analysis of the door assembly leads to the final design of the tailor welded door inner panel, which shows the mass reduction of 1.08kg without the sacrifice of the structural stiffness. The structural stiffness analysis includes the frame stiffness analysis, the belt line stiffness analysis, the door sagging analysis and the vibration analysis.
For structural damage detection of shear buildings, this paper proposes a new concept using structural element mass-stiffness vector (SEMV) based on special mass and stiffness distribution characteristics. A corresponding damage identification method is developed combining the SEMV with the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm. For a shear building, a model is assumed at the beginning based on the building's distribution characteristics. The model is updated into two models corresponding to the healthy and damaged conditions, respectively, using the CMCM method according to the modal parameters of actual structure identified from the measured acceleration signals. Subsequently, the structural SEMV for each condition can be calculated from the updated model using the corresponding stiffness and mass correction factors, and then is utilized to form a new feature vector in which each element is calculated by dividing one element of SEMV in health condition by the corresponding element of SEMV in damage condition. Thus this vector can be viewed as a damage detection feature for its ability to identify the mass or stiffness variation between the healthy and damaged conditions. Finally, a numerical simulation and the laboratory experimental data from a test-bed structure at the Los Alamos National Laboratory were analyzed to verify the effectiveness and reliability of the proposed method. Both simulated and experimental results show that the proposed approach is able to detect the presence of structural mass and stiffness variation and to quantify the level of such changes.
Based on the shaking table tests of a 1:3.52 scale one-bay and one-story ancient wooden structure, a simplified structural mechanics model was established, and the structural state equation and observation equation were deduced. Under the action of seismic waves, the damage rule of initial stiffness and yield stiffness of the joint was obtained. The force hammer percussion test and finite element calculations were carried out, and the structural response was obtained. Considering the 5% noise disturbance in the laboratory environment, the stiffness parameters of the mortise-tenon joint were identified by the partial least squares of singular value decomposition (PLS-SVD) and the Extended Kalman filter (EKF) method. The results show that dynamic and static cohesion method, PLS-SVD, and EKF method can be used to identify the damage degree of structures, and the stiffness of the mortise-tenon joints under strong earthquakes is reduced step by step. Using the proposed model, the identified error of the initial stiffness is about 0.58%-1.28%, and the error of the yield stiffness is about 0.44%-1.21%. This method has high accuracy and good applicability for identifying the initial stiffness and yield stiffness of the joints. The identification method and research results can provide a reference for monitoring and evaluating actual engineering structures.
본 연구에서는 요소의 추가 및 제거 또는 부분적인 강성 변경이 있을 때, 이러한 강성 변경이 전체 구조물의 거동에 미치는 영향을 하중으로 표현한 강성등가하중을 제안한다. 강성등가하중에 의한 재해석은 초기 구조물을 대상으로 하므로 이미 계산된 강성행렬 및 역행렬을 다시 사용할 수 있어 재해석 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 강성등가하중의 개념을 정의하고 간단한 병렬 스프링 구조물을 이용하여 강성등가하중 산정 가능성에 대하여 우선 기술한다. 다음으로 일반적인 골조 구조물에서 강성 변경에 대한 강성등가하중 산정 절차를 제안하고, 마지막으로 몇몇 강성 변경 사례에 대한 강성등가하중 산정 및 해석결과를 제시함으로써 제안된 기법을 검증한다. 강성등가하중은 향후 비선형해석, 구조물 거동및 응력 제어 등 다양한 문제에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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.
In modern automobile body manufacturing, the structural adhesive bonding is recognized to one of new joining techniques for the purpose of light weight body and its application scope in the automobile body has been gradually magnified. Specially, the structural adhesives have the advantages of not only enhancing the design flexibility of automobile body, but also improving automobile performances such as stiffness, crashworthiness and durability. In order to evaluate the performance simulation of the automobile body applied with structural adhesives, it is necessary to develop modeling techniques in the structural adhesives in advance. This paper aims to investigate modeling methodology of structural adhesive junctions for body stiffness simulation. Two main modeling points are the element selection for adhesives and the connectivity between adhesives and adherends. Both of the 1D element used in classical modeling and the 3D element which are more accurate are considered for the adhesives, and the congruent and incongruent mesh models of the adherends are compared for connectivity modeling. By applying the several kinds of modeling methodology to the simple structures, the simulation results are compared and some modeling guidelines are obtained.
The use of engineering plastic products in internal combustion engine and electric cars to improve stiffness and reduce weight is increasing significantly. Among various lightweight materials, engineering plastics have significant advantages such as cost reduction, improved productivity, and weight reduction. In particular, engineering plastics containing glass fibers are used to enhance stiffness. However, the stiffness of glass fibers can increase or decrease depending on their orientation. Before developing plastic products, optimal designs are determined through injection molding and structural analysis to enhance product reliability. However, reliable analysis of products with variable stiffnesses caused by anisotropy cannot be achieved via the conventional isotropic structural analysis, which does not consider anisotropy. Therefore, based on the previously reported study "the Effect of Impacted Fracture in Glass Fiber Orientation with Injection Molding & Structural Coupled Analysis," this study aims to investigate the structural analysis and degradation mechanisms of various polymers. In particular, this study elucidates the actual mechanism of plastic fracture by analyzing various fracture conditions and their corresponding simulations. Furthermore, the objective of this study is to apply the injection molding and structural coupled analysis mechanism to develop engineering plastic products containing glass fibers. In addition, the study aims to apply and improve the plastic fracture mechanism in actual products by exploring anisotropy and stiffness reduction owing to the unfilled polymer weld line.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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