Hybrid simulation (HS) is a versatile tool for structural performance evaluation under dynamic loads. Although real structural responses are often multiple-directional owing to an eccentric mass/stiffness of the structure and/or excitations not along structural major axes, few HS in this field takes into account structural responses in multiple directions. Multi-directional loading is more challenging than uni-directional loading as there is a nonlinear transformation between actuator and specimen coordinate systems, increasing the difficulty of suppressing loading error. Moreover, redundant actuators may exist in multi-directional hybrid simulations of large-scale structures, which requires the loading strategy to contain ineffective loading of multiple actuators. To address these issues, lately a new strategy was conceived for accurate reproduction of desired displacements in bi-directional hybrid simulations (BHS), which is characterized in two features, i.e., iterative displacement command updating based on the Jacobian matrix considering nonlinear geometric relationships, and force-based control for compensating ineffective forces of redundant actuators. This paper performs performance validation and application of this new mixed loading strategy. In particular, virtual BHS considering linear and nonlinear specimen models, and the diversity of actuator properties were carried out. A validation test was implemented with a steel frame specimen. A real application of this strategy to BHS on a full-scale 2-story frame specimen was performed. Studies showed that this strategy exhibited excellent tracking performance for the measured displacements of the control point and remarkable compensation for ineffective forces of the redundant actuator. This strategy was demonstrated to be capable of accurately and effectively reproducing the desired displacements in large-scale BHS.
Kang, Dae Seung;Han, Seung Chul;Park, Jong Woo;Nguyen, Dang Ban;Kang, Kiju
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.9
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pp.827-833
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2016
Wire-woven Kagome is a kind of Periodic Cellular Metal, which is known to have high strength, stiffness for its weight, and potential for mass production. In this work, we developed a new structure that mimics ${\alpha}$-cristobalite. First, an ordinary wire-woven Kagome was fabricated using metallic wires, and the tetrahedral cells were then filled with metal balls and epoxy. The wire-woven Kagome was transformed to have a negative Poisson's ratio by carrying out a specified amount of initial deformation. The fabrication possibility and kinematic behavior were checked by using FEA simulation. Finally, the mechanical properties were measured using compressive tests.
The development of railway roadbed for 600km/h train speed level is very difficult because unpredictable static and dynamic interaction occurs between the ultra-high speed train and the infrastructure. Especially, an earthwork-bridge transition zone is a section in which influential factors react, such as bearing capacity, compression, settlement, drainage, and track irregularity; these interactions can include complicated dynamic interaction. Therefore, if static and dynamic stability are secured in transition zones, it is possible to develop roadbeds for ultra-high speed railways. In the present paper, design parameters for transition reinforcement applied to present railway design criteria are analytically examined for ultra-high speed usage on a preferential basis. Design parameters are the presence of reinforcing materials, geometric shape, stiffness of materials, and so on. Analysis is focused on the deformation response of the track and running stability at ultra-high speed.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.1
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pp.21-30
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1985
This paper deals whth the buckling as well as postbuckling analysis of axisymmertric shells taking the initial deflection effects into account. Incremental equilibrium equations, based on the principle of virtual work, were derived by the finite element method, the successive step-by-step Newton-Raphson iterative technique was adopted. To define the transition pattern of postbuckling behavior from the prebuckling state more accurately, a simple solution method was developed, i.e. the critical load was calculated by the load extrapolation method with the determinant of tangent stiffness matrix and the equilibrium configuration in the immediate postbuckling stage was obtained by perturbation scheme and eigenvalue analysis. Degenerated isoparametric shell elements were used to analyse the axisymmetric shell of revolution. And by the method developed in this paper, the computer program applicable to the nonlinear analysis of both thin and moderately thick shells was constructed. To verify the capabilities and accuracies of the present solution method, the computed results were compared with the results of analytical solutions. These results coincided fairly well in both the small deflection and large deflection ranges. Various numerical analyses were done to show the effect of initial deflection and shape of shells on buckling load and postbuckling behavior. Futhermore, corrected directions of applied loads at every increment steps were used to determine the actual effects of large deflection in non-conservative load systems such as hydrostatic pressure load. The following conclusions can be obtained. (1) The method described in this paper was found to be both economic and effective in calculating buckling load and postbuckling behavior of shell structure. (2) Buckling and postbuckling behavior of spherical caps is critically dependent upon their geometric configuration, i.e. the shape of spherical cap and quantities of the initial deflection. (3) In the analysis of large deflection problems of shells by the incremental method, corrections of the applied load directions are needed at every incremental step to compensate the follower force effects.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.5
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pp.1-10
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2008
A series of shaking table tests were conducted on a 1:12 scale model using scaled Taft N21E earthquake records to investigate the seismic performance of a 17-story high-rise reinforced concrete building structure with a high degree of torsional eccentricity and soft-story irregularities in the bottom two stories. The main characteristics of the behaviors were: (1) a sudden change of the predominant vibration mode from the mode of translation and torsion to the torsional mode after the flexible side underwent a substantial inelastic deformation; (2) an abrupt increase in the torsional stiffness during this change of modes; (3) a warping behavior of the wall in the torsional mode; and (4) a unilateral overturning moment in the transverse direction to the table excitations. In this study, efforts were made to simulate the above characteristics using a nonlinear analysis program, Perform3D. The advantages and limitations are presented with the nonlinear models available in this software, as they are related to the correlation between analysis and test results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.287-298
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2001
Analysis of nonlinear behavior of prestressed concrete frame structures on PC is a time-consuming computing job if the problem size increase to a certain degree. Cluster system has emerged as one of promising computing environments due to its good extendibility, portability, and cost-effectiveness, comparing it with high-end work-stations or servers. In this paper, a parallel nonlinear analysis procedure of prestressed concrete frame structure is presented using cluster computing. Cluster system is configured with readily available pentium III class PCs under Win98 or Linux and fast ethernet. Parallel computing algorithms on element-wise processing parts including the calculation of stiffness matrix, element stresses and determination of material states, check of material failure and calculation of unbalanced loads are developed using MPL. Validity of the method is discussed through typical numerical examples. For the case of 4 node system, maximum speedup is 3.15 and 3.74 for Win98 and Linux, respectively. Important issues for the efficient use of cluster computing system based un PCs and ethernet are addressed.
Rayleigh wave and Love wave are the major elastic waves belonging to the category of the surface wave. The fact that Love wave is not contaminated by P-wave makes Love wave superior to Rayleish wave and other body waves. Therefore, the information that Love wave carries is more distinct and clearer than the information of Rayleigh wave. In this study, for the purpose of employing Love wave in the SASW method, the dispersion characteristics of the Love wave were extensively investigated by the theoretical, numerical and experimental approaches. The 2-D and 3-D finite element analyses for the half space and two-layer systems were performed to determine the phase velocities from Love wave as well as from both the vertical and the horizontal components of Rayleigh wave. Also, the SASW measurements were performed at the geotechnical sites to verify the results obtained by the numerical analysis. The results of the numerical analysis and the field testing indicated that the dispersion characteristics of Love wave can be an extended information to make better evaluation of the subsurface stiffness structure by SASW method.
The Burj Dubai Project will be the tallest structure ever built by man; when completed the tower will be more than 700 meter tall and more than 160 floors. While the early integration of aerodynamic shaping and wind engineering considerations played a major role in the architectural massing and design of this multi-use/residential tower, where mitigating and taming the dynamic wind effects was one of the most important design criteria, the material selection for the structural systems of the tower was also a major consideration and required detailed evaluation of the material technologies and skilled labor available in the market at the time Concrete was selected for its strength, stiffness, damping, redundancy, moldability, free fireproofing, speed of construction, and cost effectiveness. In addition, the design challenges of using concrete for the design of the structural system components will be addressed. The focus on this paper will also be on the early planning of the concrete works of the Burj Dubai Project.
Arched Corrugated Steel Roof (ACSR) is a kind of thin-walled steel shell, composing of arched panels with transverse small corrugations. Four full-scale W666 ACSR samples with 18m and 30m span were tested under full and half span static vertical uniform loads. Displacement, bearing capacities and failure modes of the four samples were measured. The web and bottom flange in ACSR with transverse small corrugations are simplified to anisotropic curved plates, and the equivalent tensile modulus, shear modulus and Poisson's ratio of 18m span ACSR were measured. Two 18 m-span W666 ACSR samples were analyzed with the Finite Element Analysis program ABAQUS. Base on the tests, the limit bearing capacity of ACSR is low, and for half span loading, it is 74-75% compared with the full span loading. When the testing load approached to the limit value, the bottom flange at the sample's bulge place locally buckled first, and then the whole arched roof collapsed suddenly. If the vertical loads apply along the full span, the deformation shape is symmetric, but the overall failure mode is asymmetric. For half span vertical loading, the deformation shape and the overall failure mode of the structure are asymmetric. The ACSR displacement under the vertical loads is large and the structural stiffness is low. There is a little difference between the FEM analysis results and testing data, showing the simplify method of small corrugations in ACSR and the building techniques of FEM models are rational and useful.
Dynamic parameters such as natural frequencies can provide global stiffness information of a structure, and thus be utilized in monitoring structural integrity of large structures such as a containment. To identify the dynamic parameters without interrupting normal operation, a modal analysis method based on ambient vibration measurements should be applied. In this study, dynamic parameters of the containment of Wolsong Unit 2 are identified using ambient vibration measurement data. The feasibility of the study is verified using a numerical model for the containment. From the modal analysis, dynamic parameters of the containment with acceptable correlation to analytical modes can be estimated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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