This paper is concerned with the solution of ill-conditioned Systems of Linear Equations (SLE's) via the solution of equivalent SLE's which are well-conditioned. A matrix is rst constructed from that of the given ill-conditioned system. Then, an adequate right-hand side is computed to make up the instance of an equivalent system. Formulae and algorithms for computing an instance of this equivalent SLE and solving it will be given and illustrated.
Due to the complexity of mathematical expressions, the literature concerning the free vibration analysis of plates carrying multiple three-degree-of-freedom (dof) spring-mass systems is rare. In this paper, the three degrees of freedom (dof's) for a spring-mass system refer to the translational motion of its lumped mass in the vertical ($\bar{z}$) direction and the two pitching motions of its lumped mass about the two horizontal ($\bar{x}$ and $\bar{y}$) axes. The basic concept of this paper is to replace each three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs, so that the free vibration characteristics of a rectangular plate carrying any number of three-dof spring-mass systems can be obtained from those of the same plate supported by the same number of sets of equivalent springs. Since the three dof's of the lumped mass for each three-dof spring-mass system are eliminated to yield a set of equivalent springs, the total dof of the entire vibrating system is not affected by the total number of the spring-mass systems attached to the rectangular plate. However, this is not true in the conventional finite element method (FEM), where the total dof of the entire vibrating system increases three if one more three-dof spring-mass system is attached to the rectangular plate. Hence, the computer storage memory required by using the presented equivalent spring method (ESM) is less than that required by the conventional FEM, and the more the total number of the three-dof spring-mass systems attached to the plate, the more the advantage of the ESM. In addition, since manufacturing a spring with the specified stiffness is much easier than making a three-dof spring-mass system with the specified spring constants and mass magnitude, the presented theory of replacing a three-dof spring-mass system by a set of equivalent springs will be also significant from this viewpoint.
Recent years, direct displacement-based design (DDBD) procedure is proposed for the design of un-bonded posttensioned (UPT) concrete wall systems. In the DDBD procedure, the determination of the equivalent viscous damping (EVD) ratio is critical since it would influence the strength demand of the UPT wall systems. Nevertheless, the influence of EVD ratio determination of the UPT wall systems were not thoroughly evaluated. This study was aimed to investigate the influence of different EVD ratio determinations on the DDBD procedure of UPT wall systems. Case study structures with four, twelve and twenty storeys have been designed with DDBD procedure considering different EVD ratio determinations. Nonlinear time history analysis was performed to validate the design results of those UPT wall systems. And the simulation results showed that the global responses of the case study structures were influenced by the EVD ratio determination.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.21-28
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2008
To evaluate the seismic performance of multi-degree of freedom(MDF) systems, repeated nonlinear response history analyses are often conducted, which require extensive computational efforts. To reduce the amount of computation required, equivalent single degree of freedom(SDF) systems representing complex multi-degree of freedom(MDF) systems have been developed. For the equivalent SDF systems, bilinear models and trilinear models have been most commonly used. In these models, the P-$\Delta$ effect due to gravity loads during earthquakes can be accounted for by assigning negative stiffness after elastic range. This study evaluates the adequacy of equivalent SDF systems having these hysteretic models to predict the actual response of steel moment resisting frames(SMRF). For this purpose, this study conducts cyclic pushover analysis, nonlinear time history analysis and incremental dynamic analysis(IDA) for SAC-Los Angeles 9-story buildings using nonlinear MDF models(exact) and equivalent SDF models(approximate). In addition, this study considers the strength limited model.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.11
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pp.1012-1016
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2004
In the present paper, equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. Physical properties of an IPMC, such as Young's modulus and electro-mechanical coupling coefficient. are determined from the rule of mixture, bimorph beam equations, and measured force-displacement data of a cantilevered IPMC actuator. By using a beam equation with estimated physical properties, actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator was calculated and a good agreement between the computed tip displacements and the measured data was observed. Finite element analysis(FEA) combined with the estimated physical properties was used to reproduce the force-displacement relationship of an IPMC actuator. Results from the FEA agreed well with the measure data. The proposed models might be used for modeling of IPMC actuators with complicated shapes and boundary conditions.
A procedure to develop dynamic equivalent systems of the KEPCO power system in the year 2010 was proposed, and 3 different equivalent systems in which the number of generators are 39, 30, and 19 were developed in this paper. The static and dynamic property of the reduced systems was verified by the comparison of time-domain simulation for the original system and the reduced systems.
Proceedings of the Korea Society for Simulation Conference
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2001.10a
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pp.205-208
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2001
A lumped electrical circuit is an approximate representation of the field within a curtain frequency range. The finite element modelling is a synonym of the equivalent circuit. The electric conduction field and electric potential wave field have been modelled by an admittance network and an LC low-pass filter network. Here in the present paper, the equivalent magnetic circuit representation is created for a magnetostatic field by the finite element modelling in two dimension.
The reports regarding the free vibration analysis of uniform beams carrying single or multiple spring-mass systems are plenty, however, among which, those with inertia effect of the helical spring(s) considered are limited. In this paper, by taking the mass of the helical spring into consideration, the stiffness and mass matrices of a spring-mass system and an equivalent mass that may be used to replace the effect of a spring-mass system are derived. By means of the last element stiffness and mass matrices, the natural frequencies and mode shapes for a uniform cantilever beam carrying any number of springmass systems (or loaded beam) are determined using the conventional finite element method (FEM). Similarly, by means of the last equivalent mass, the natural frequencies and mode shapes of the same loaded beam are also determined using the presented equivalent mass method (EMM), where the cantilever beam elastically mounted by a number of lumped masses is replaced by the same beam rigidly attached by the same number of equivalent masses. Good agreement between the numerical results of FEM and those of EMM and/or those of the existing literature confirms the reliability of the presented approaches.
Any rational approach to define the configuration and size of viscous fluid dampers in a structure should be based on the dynamic properties of the system with the dampers. In this paper we propose an alternative representation of the complex eigenvalues of multi degree of freedom systems with dampers to calculate new equivalent natural frequencies. Analytical expressions for the dynamic properties of a two-story building model with a linear viscous damper in the first floor (i.e. with a non-proportional damping matrix) are derived. The formulas permit to obtain the equivalent damping ratios and equivalent natural frequencies for all the modes as a function of the mass, stiffness and damping coefficient for underdamped and overdamped systems. It is shown that the commonly used formula to define the equivalent natural frequency is not applicable for this type of system and for others where the damping matrix is not proportional to the mass matrix, stiffness matrix or both. Moreover, the new expressions for the equivalent natural frequencies expose a novel phenomenon; the use of viscous fluid dampers can modify the vibration frequencies of the structure. The significance of the new equivalent natural frequencies is expounded by means of a simulated free vibration test. The proposed approach may offer a new perspective to study the effect of viscous dampers on the dynamic properties of a structure.
Limit cycle oscillations of a two-dimensional airfoil with quadratic and cubic pitching nonlinearities are investigated. The equivalent stiffness of the pitching stiffness is obtained by combining the linearization and harmonic balance method. With the equivalent stiffness, the equivalent linearization method for nonlinear flutter analysis is generalized to address aeroelastic system with quadratic nonlinearity. Numerical example shows that good approximation of the limit cycle can be obtained by the generalized method. Furthermore, the proposed method is capable of revealing the unsymmetry of the limit cycle; however the ordinary equivalent linearization method fails to do so.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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