This paper deals with the study of hydrodynamic pressure in reservoir adjacent to the concrete gravity dam subjected to dynamic excitation. Widely famous finite element method is used to discretize the reservoir domain for modelling purpose. Pressure is considered as nodal variable following Eulerian approach. A suitable nonreflecting boundary condition is applied at truncated face of reservoir to make the infinite reservoir to finite one for saving the computational cost. Thorough studies have been done on generation of hydrodynamic pressure in reservoir with variation of different geometrical properties. Velocity profile and hydrodynamic pressure are observed due to harmonic excitation for variation of inclination angle of dam reservoir interface. Effect of bottom slope angle and inclined length of reservoir bottom on hydrodynamic pressure coefficient of reservoir are also observed. There is significant increase in hydrodynamic pressure and distinct changes in velocity profile of reservoir are noticeable for change in inclination angle of dam reservoir interface. Change of bottom slope and inclined length of reservoir bottom are also governing factor for variation of hydrodynamic pressure in reservoir subjected to dynamic excitation.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.451-457
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2000
In many dynamic problems such as foundation vibrations ultrasonic nondestructive evaluation and blasting analysts are confronted with the problem of wave propagation in an infinite or semi-infinite media. In order to simulate this situation by a finite analytical model provisions must be made to absorb the stress waves arriving at the boundary. Absorbing boundaries are mathematical artifacts used to prevent wave reflections at the boundaries of discrete models for infinite media under dynamic loads. An analytical study is carried out to examine the effectiveness of Lysmer-Kuhlemeyer model one of the most widely used absorbing boundaries. Validity of the absorbing boundary conditions suggested by Lymer-Kuhlemeyer is examined by adopting the solution of Ewing et al. to the problem of plane waves from a harmonic normal force on the surface of an elastic half-space. The Ewing's problem is than numerically simulated using the finite element method on a semi-circular mesh with and without absorbing boundaries which are represented by viscous dashpots. The absorption ratios are calculated by comparing the displacements at the absorbing boundaries to those at the free field without absorbing boudaries.
The dynamic instability characteristics of laminated composite stiffened shell panels subjected to in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented to demonstrate the effects of various parameters like shell geometry, lamination scheme, stiffening scheme, static and dynamic load factors and boundary conditions, on the dynamic instability behaviour of laminated composite stiffened panels subjected to in-plane harmonic loads along the boundaries. The results of free vibration and buckling of the laminated composite stiffened curved panels are also presented.
Keivani, Amirhossein;Shooshtari, Ahmad;Sani, Ahmad Aftabi
Interaction and multiscale mechanics
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v.6
no.4
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pp.357-375
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2013
In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.
Keivani, Amirhossein;Shooshtari, Ahmad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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v.3
no.4
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pp.385-403
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2014
In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1989.04a
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pp.17-21
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1989
SSI2D/3D is a computer program to calculate dynamic stiffness matrix of the foundation for soil-structure-interaction problem in frequency demain. It is written in FORTRAN 77 and applicable to two or three dimensional situations. In this paper the program structure is summarized. Two examples aye shown to demonstrate the possibilities of the Boundary Element Method applied to dynamic problems in infinite domains.
Dynamic numerical analysis of geotechnical problems requires a way to simulate the decrease of energy as the domain of interest gets larger. This phenomenon is usually referred to as radiation damping or geometric attenuation and it is distinguished from material damping in which elastic energy is actually dissipated by viscous, hysteretic, or other mechanism. The fact that the domain of analysis in numerical modeling must be chosen, however, causes a need for special attention at the boundary. This observation leads directly to the idea of determining the dynamic response of the interior region from a finite model consisting of the interior region subjected to a boundary condition which ensures that all energy arriving at the boundary is absorbed. This paper presents a simple methodology to simulate transmitting boundaries condition using viscoelastic infinite elements within the recently developed "OpenSees" finite element code. The methodology used here provides that the level of absorption for traveling waves is efficient enough for practical purposes, but unsatisfactory for the case of sharp incident angles. The effectiveness of the infinite elements for the absorption of incident waves at boundaries is evaluated via example analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.55-63
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2008
This paper presents a seismic analysis technique for a 3D soil-structure interaction system in a frequency domain, based on the finite element formulation incorporating frequency-dependent infinite elements for the far field soil region. Earthquake input motions are regarded as traveling P, SV and SH waves which are incident vertically from the far-field soil region, and then equivalent earthquake forces are calculated using impedances of infinite soil by dynamic infinite elements and traction and displacement from free field response analysis. For verification and application, seismic response analyses are carried out for a multi-layered soil medium without structure and a typical nuclear power plant in consideration of soil-structure interaction. The results are compared with the free field response using a one-dimensional analytic solution, and a dynamic response of an example structure from another SSI package.
Finite Element Method(FEM) is one of the most popularly used method in analyzing the dynamic behaviors of structures. But unless the number of finite elements is large enough, the results from FEM are somewhat different form exact analytical solutions, especially at high frequency range. On the other hand, as the Spectral Element Method(SEM) deals directly with the governing equations of structures, the results from this method cannot but be exact regardless of any frequency range. However, despite two dimensional structures are more general, the SEM has been applied only to the analysis of one dimensional structures so far. In this paper, therefore, new methodologies are introduced to analyze the two dimensional plate structure using SEM. The results from this new method are compared with the exact analytical solutions by letting the two dimensional plate structure be one dimensional and showed the dynamic responses of two dimensional plate by including various waves propagated into x-direction.
A new modeling and analysis technique for one-dimensional distributed parameter systems is presented. First. discretized equations of motion in Laplace domain are derived by applying discretization methods for partial differential equations of a one-dimensional structure with respect to spatial coordinate. Secondly. the z and inverse z transformations are applied to the discretized equations of motion for obtaining a dynamic matrix for a uniform element. Four different discretization methods are tested with an example. Finally, taking infinite on the number of step for a uniform element leads to an exact dynamic matrix for the uniform element. A generalized modal analysis procedure for eigenvalue analysis and modal expansion is also presented. The resulting element dynamic matrix is tested with a numerical example. Another application example is provided to demonstrate the applicability of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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