Vortex-induced oscillation is a type of aeroelastic phenomenon, to which extended structures such as long-span bridges are most susceptible. The vortex-induced vibration (VIV) behaviors of a concerned bridge were investigated conventionally in virtue of wind tunnel tests on string-mounted sectional models. This necessitates the building of a linkage between the response of the sectional model and that of the prototype structure. Although many released literatures have related to this issue and provided suggestions, there is a lack of consistency among them. In this study, some theoretical models describing the vortex-induced structural motion, including the linear empirical model, the nonlinear empirical model and the modified (or generalized) nonlinear empirical model, are firstly reviewed. Then, the concept of equivalent mass density is introduced based on the principle that an equal input of energy should result in identical structural amplitudes. Based on these, the theoretical linkages between the amplitude of a section model and that corresponding to the prototype bridge are discussed with different analytical models. Theoretical derivation indicates that such connections are dependent mainly on two factors, one is the presupposed shape of deformation, and the other is the theoretical VIV model employed. The theoretical analysis in this study shows that, in comparison to the nonlinear empirical models, the linear one can result in obvious larger estimations of the full bridges' responses, especially in cases of cable-stayed bridges.
This analytical study was carried out to make quality and productivity up in designing the frame-type furniture with semi-rigid joint by understanding the mechanical and structural behavior of the joint and by evaluating the validity of application of the time-saving Finite Element Method to its structural analysis. Slope deflection equation for rigid joint was modified to describe the moment-rotation behavior of semi-rigid joint and the joint stiffness factor(Z) could be calculated to lessen the experimental expense. It was proved that Finite Element Analysis with imaginary elements having equivalent MOE to the semi-rigid joint could be the alternative method for the structural analysis of the frame-type furniture, comparing the internal rotation of the 2-dimensional beam-to-column model with two-pin(wooden dowel) from the finite element method with other available theoretical and experimental rotation value.
In this study, the side doors of mid-size sedan vehicles of models A and B which are currently prone to rollover accidents are compared with each other by the structural analyses. As a result of the structural analysis, both models showed the maximum deformation at the point of overturning or impact load, and the model A of the two models was able to withstand greater impact load compared to the model B. In addition, the maximum stress happened at the door edge, and model B was 2.5 times more stressed than model A. In the accident of a crash, model A, which has the smaller maximum stress, is able to withstand greater impact loads than model B. Since model B has a larger deformation than model A, it is considered to be more dangerous than model A in the side impact accident. By applying the impact analysis of automotive side door by the class of vehicle, the study result at this paper is considered to be favorable as the convergent research material which can apply the aesthetic design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1187-1194
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2009
During the last decade, possibility of flaw occurrences has been rapidly increased world-widely as the increase of operating times of petro-chemical facilities. For instance, from a recent in-service inspection, three different sized surface cracks were detected in welding parts of a spherical oxygen holder in Korea. While API579 code provides corresponding engineering assessment procedures to determine crack driving forces, in the present work, numerical analyses are carried out for the cracked oxygen holder to investigate effects of complex geometry, analysis model and residual stress. With regard to the detailed finite element analysis, stress intensity factors are determined from both the full three-dimensional model and equivalent plate model. Also, as an alternative, stress intensity factors are calculated for equivalent plate model by employing the noted influence stress function technique. Finally, parametric structural integrity evaluation of the cracked oxygen holder is conducted in use of failure assessment diagram method, J/T method and DPFAD method. Effects of the geometry and so forth are examined and key findings from the simulations are fully discussed, which enables to determine practical safety margins of spherical components containing a defect.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.1
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pp.37-44
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2016
This study is concerned with the numerical investigation of dynamic characteristics of 2.5MW-class wind turbine gearbox in which the misalignment improvement of plenary gear shafts by the flexible pins and the dynamic impact response are analyzed by the finite element method. The tooth contact between gears is modelled using the line element having the equivalent tooth stiffness and the contact ratio to accurately and effectively reflect the load transmission in the internal complex gear system. The equivalent tooth stiffness is calculated by utilizing the tooth deformation analysis and the impulse torque is applied to the input shaft for the dynamics response characteristic analysis. Through the numerical experiments, the equivalent tooth stiffness model was validated and the misalignment improvement of planetary gear shafts was confirmed from the comparison with the cases of fixed shafts at one and both ends.
Structural identification or St-Id is 'the parametric correlation of structural response characteristics predicted by a mathematical model with analogous characteristics derived from experimental measurements'. This paper describes a St-Id exercise on Humber Bridge that adopted a novel two-stage approach to first calibrate and then validate a mathematical model. This model was then used to predict effects of wind and temperature loads on global static deformation that would be practically impossible to observe. The first stage of the process was an ambient vibration survey in 2008 that used operational modal analysis to estimate a set of modes classified as vertical, torsional or lateral. In the more recent second stage a finite element model (FEM) was developed with an appropriate level of refinement to provide a corresponding set of modal properties. A series of manual adjustments to modal parameters such as cable tension and bearing stiffness resulted in a FEM that produced excellent correspondence for vertical and torsional modes, along with correspondence for the lower frequency lateral modes. In the third stage traffic, wind and temperature data along with deformation measurements from a sparse structural health monitoring system installed in 2011 were compared with equivalent predictions from the partially validated FEM. The match of static response between FEM and SHM data proved good enough for the FEM to be used to predict the un-measurable global deformed shape of the bridge due to vehicle and temperature effects but the FEM had limited capability to reproduce static effects of wind. In addition the FEM was used to show internal forces due to a heavy vehicle to to estimate the worst-case bearing movements under extreme combinations of wind, traffic and temperature loads. The paper shows that in this case, but with limitations, such a two-stage FEM calibration/validation process can be an effective tool for performance prognosis.
The aim of this study was to explore the influence of structure coupling effect on structural damping of blade based on the blade vibration characteristic. For this purpose, the scaled blade model of NREL 5 MW offshore wind turbine was processed and employed in the wind tunnel test to validate the reliability of theoretical and numerical models. The attenuation curves of maximum displacement and the varying curves of equivalent damping coefficient of the blade under the rated condition were respectively compared and analyzed by constructing single blade model and whole machine model. The attenuation law of blade dynamic response was obtained and the structure coupling effect was proved to exert a significant influence on the equivalent damping coefficient. The results indicate that the attenuation trend of the maximum displacement response curve of the single blade varies more obviously with the increase of elastic modulus as compared to that under the structure coupling effect. In contrast to the single blade model, the varying curve of equivalent damping coefficient with the period is relatively steep for the whole machine model. The findings are of great significance to guide the structure design and material selection for wind turbine blades.
To repair the underside of the car, a repairman has to enter under the car body. But this work can make it difficult for him to fix it and the injuries can occur. To solve these difficult problems, the developed equipment is the automotive lift. In this study, three kinds of lift models 1, 2 and 3 were designed and the material properties of the structural steel were applied. As the same load were applied under the same conditions on all models, the structural analyses were conducted. Models 2 and 3 were shown to have the structural deformation less than model 1. Also, models 2 and 3 were shown to be more stable than model 1 structurally. By utilizing the design data on a convergence research through durability analysis according to the configuration of automotive lift obtained on the basis of this result, the esthetic feeling can be shown by being converged onto the automotive repair equipment parts at actual life.
Two different types of rubber aggregates (40 mesh rubber powder and 1-4 mm rubber particles respectively) were devised to substitute fine aggregates at 10%, 15%, 20% and 30% by volume in self-compacting concrete to investigate their basic mechanical properties. The results show that with the increase of rubber content, the reduction of compressive strength, splitting tensile strength and static modulus of elasticity gradually increase, and energy dissipation performance gradually increase. The rubber addition significantly reduces brittleness and decelerates damaged process. Whilst, the effect of rubber particles is greater when they are finer. Considering the mechanical properties, the optimal rubber content is 10%. It is recommended that the rubber volume content in rubberized concrete (RC) should not be higher than 20%. In addition, a constitutive model under uniaxial compression was proposed basing on the strain equivalent principle of Lemaitre and the damage theory, which was in good agreement with the test curves.
Han, Chun;Li, Qingning;Jiang, Weishan;Yin, Junhong;Yan, Lei
Steel and Composite Structures
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v.20
no.2
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pp.431-445
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2016
Seismic behavior of new composite structural system with a fabricated floor was studied. A two-bay and three-story structural model with the scale ratio of 1/4 was consequently designed. Based on the proposed model, multiple factors including energy dissipation capacity, stiffness degradation and deformation performance were analyzed through equivalent single degree of freedom pseudo-dynamic test with different earthquake levels. The results show that, structural integrity as well as the effective transmission of the horizontal force can be ensured by additional X bracing at the bottom of the rigidity of the floor without concrete topping. It is proved that the cast-in-place floor in areas with high seismic intensity can be replaced by the prefabricated floor without pouring surface layer. The results provide a reliable theoretical basis for the seismic design of the similar structural systems in engineering application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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