The behavior of composite beams in steel building structures subjected to lateral loading is studied. Mathematical models for the stiffness of composite beams and the strength at the connections, which are dependent on details of the connections are developed based on the previous experimental results and the results from numerical analyses. Analytical models for the skeleton and hysteresis curves of cantilever composite beams are also presented. A single component model for the composite beam, consisting of elastic beam and the end springs at which all the inelstic deformations within a member are lumped, is implemented into the computer program, DRAIN-2D. And a comparison of analytical results is made with the experimental results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.470-477
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2002
Possibility of passive piezoelectric damping based on a new shunting parameter estimation method is studied using finite element analysis. The adopted tuning method is based electrical impedance that is found at piezoelectric device and the optimal criterion for maximizing dissipated energy at the shunt circuit. Full three dimensional finite element model is used for piezoelectric devices with cantilever plate structure and shunt electronic circuit is taken into account in the model. Electrical impedance is calculated at the piezoelectric device, which represents the structural behavior in terms of electrical field, and equivalent electrical circuit parameters for the first mode are extracted using PRAP (Piezoelectric Resonance Analysis Program). After the shunt circuit is connected to the equivalent circuit for the first mode, the shunt parameters are optimally decided based on the maximizing dissipated energy criterion. Since this tuning method is based on electrical impedance calculated at piezoelectric device, multi-mode passive piezoelectric damping can be implemented for arbitrary shaped structures.
Kim, Hyung-Joong;Kim, Sung-Nam;Han, Taek-Hee;Kang, Young-Jong
Proceedings of the KSR Conference
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2006.11b
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pp.376-380
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2006
There are several methods which estimate the behavior of the Structures. Recently, several displacement measuring instruments such a GPS are substantially developed. So, considering this technique, displacement measurement will be a very efficient method for estimating the behavior of the Structures and maintenance. Therefore we need to develop methods of structure maintenance & management by using displacement measuring instruments. In this study, I suggest to maintenance & management method by using displacements about simple beams and cantilever beams which are very important structure in civil engineering. The results show that the proposed method is capable of estimating the displacement and stress of the Beam Member by combining the proper number of measurement and optimum measurement points.
Kim Sang-Hyun;Mani Sathyanarayanan;Boyd James G. IV
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.10
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pp.1646-1652
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2006
A model of mechanical behavior of microcantilever due to intrinsic strain during deposition of MEMS structures is derived. A linear ordinary differential equation is derived for the beam deflection as a function of the thickness of the deposited layer. Closed-form solutions are not possible, but numerical solutions are plotted for various dimensionless ratios of the beam stiffness, the intrinsic strain, and the elastic moduli of the substrate and deposited layer. This model predicts the deflection of the cantilever as a function of the deposited layer thickness and the residual stress distribution during deposition. The usefulness of these equations is that they are indicative of the real time behavior of the structures, i.e. it predicts the deflection of the beam continuously during deposition process.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.10a
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pp.432-437
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1997
In this paper, a pseudo-sensor-output-feedback(PSOF) control approach is applied to the active and semi-active systems for the vibration suppression of the flexible structures. This approach reduces the modeling error encounted in the output equation formulation and is easy to be implemented in practice. Experimental works are performed for the validation of theoretical predictions with a piezoelectric sensor and actuator bonded on the cantilever beam. The objective of this study is also to compare and analyze between active and semi-active systems. An algorithm based on the sliding mode control theory is developed and analyzed for the robustness to the modeling errors and parameter uncertainties.
This paper presents a theoretical approach of the structures reinforced with bonded FRP composites, taking into account loading model, shear lag effect and the thermal effect. These composites are used, in particular, for rehabilitation of structures by stopping the propagation of the cracks. They improve rigidity and resistance, and prolong their lifespan. In this paper, an original model is presented to predict and to determine the stresses concentration at the FRP end, with the new theory analysis approach. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. The numerical resolution was finalized by taking into account the physical and geometric properties of materials that may play an important role in reducing the stress values. This solution is general in nature and may be applicable to all kinds of materials.
Attaching shelf to retaining structure leads to a decrease in the total lateral earth pressure. This decrease enables the retaining structures to become more stable, to have small displacement, and to exhibit lower bending moments, the relief shelves effects are analyzed using FEM in order to understand how they stabilize cantilever wall in this study. Several models are varied by changing location and width of shelves to realize earth pressure and displacements of retaining wall. The displacement is getting smaller because earth pressure acting on shelf increases as shelves locations are lower and width is longer. The ground settlement variation effects caused by relief shelves are studied also. The ground settlement increases abruptly where shelf location is between of 0.5H and 0.625H, and settlement decreases suddenly where shelf width is between b/h=0.375 and b/h=0.500. The shelf significantly reduces earth pressure and movement of the wall. This decrease in the lateral pressure increases the retaining structure stability.
Basaga, Hasan Basri;Bayraktar, Alemdar;Kaymaz, Irfan
Structural Engineering and Mechanics
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v.42
no.2
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pp.175-189
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2012
This paper presents an algorithm for structural reliability with the response surface method. For this aim, an approach with three stages is proposed named as improved response surface method. In the algorithm, firstly, a quadratic approximate function is formed and design point is determined with First Order Reliability Method. Secondly, a point close to the exact limit state function is searched using the design point. Lastly, vector projected method is used to generate the sample points and Second Order Reliability Method is performed to obtain reliability index and probability of failure. Five numerical examples are selected to illustrate the proposed algorithm. The limit state functions of three examples (cantilever beam, highly nonlinear limit state function and dynamic response of an oscillator) are defined explicitly and the others (frame and truss structures) are defined implicitly. ANSYS finite element program is utilized to obtain the response of the structures which are needed in the reliability analysis of implicit limit state functions. The results (reliability index, probability of failure and limit state function evaluations) obtained from the improved response surface are compared with those of Monte Carlo Simulation, First Order Reliability Method, Second Order Reliability Method and Classical Response Surface Method. According to the results, proposed algorithm gives better results for both reliability index and limit state function evaluations.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.396-411
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2014
Synchronized switch damping (SSD) techniques have recently been developed for structural vibration control using piezoelectric materials. In these techniques, piezoelectric materials are bonded on the vibrating structure and shunted by a network of electrical elements. These piezoelectric materials are switched according to the amplitude of the excitation force to damp vibration. This paper presents a new SSD technique called 'synchronized switch damping on negative capacitance and adaptive voltage sources' (SSDNCAV). The technique combines the phenomenon of capacitance transient charging and electrical resonance to effectively dampen the structural vibration. Also, the problem of stability observed in the previous SSD techniques is effectively addressed by adapting the voltage on the piezoelectric patch according to the vibration amplitude of the structure. Analytical expressions of vibration attenuation at the resonance frequency are derived, and the effectiveness of this new technique is demonstrated, for the control of a resonant cantilever beam with bonded piezoelectric patches, by comparing with SSDI, SSDVenh, and SSDNC techniques. Theoretical predictions and experimental results show the remarkable vibration damping capability of SSDNCAV technique, which was better than the previous SSD techniques. The broadband vibration control capabilities of SSDNCAV technique are also demonstrated, which exceed those of previous SSD techniques.
In this paper, a modified rigid body spring model (RBSM) is proposed and used to analyze the damage and failure process of reinforced concrete (RC) structures. In the proposed model, the concrete is represented by an assembly of rigid blocks connected with a uniform distribution of normal and tangential springs to simulate the macroscopic mechanical behavior of concrete. Steel bars are evenly dispersed into rigid blocks as a kind of homogeneous axial material, and an additional uniform distribution of axial and dowel springs is defined to consider the axial stiffness and dowel action of steel bars. Perfect bond between the concrete and steel bars is assumed, and tension stiffening effect of steel bars is modeled by adjusting the constitutive relationship for the tensile reinforcement. Adjacent blocks are allowed to separate at the contact interface, which makes it convenient and easy to simulate the cracking process of concrete. The failure of the springs is determined by the Mohr-Coulomb type criterion with the tension and compression caps. The effectiveness of the proposed method is confirmed by elastic analyses of a cantilever beam under different loading conditions and failure analyses of a RC beam under two-point loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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