The dynamic responses of structure under impulsive loading have been investigated according to its duration, based on the theory of viscoplasticity which can appropriately represent the effects of plasticity and rheology simultaneously. The viscoplastic model has been implemented into the two-dimensional finite element system to solve plane stress, plane strain or axi-symmetric problems, and the implicit integration scheme, of which solutions are unconditionally stable for relatively large time step length, has been developed to simulate visoplastic straining with deriving the explicit relationship between stress and strain at a material point level. After simulation, one carefully concludes that the duration as well as magnitude of impulsive loading plays an important role in design of structures.
Modern design of long suspension bridges must satisfy at the same time spanning very long distances and limiting their response against several external loads, even if of high intensity. Structural Control, with the solutions it provides, can offer a reliable contribution to limit internal forces and deformations in structural elements when extreme events occur. This positive aspect is very interesting when the dimensions of the structure are large. Herein, an updated numerical model of an existing suspension bridge is developed in a commercial finite element work frame, starting from original data. This model is used to reevaluate an optimization procedure for a passive control strategy, already proven effective with a simplified model of the buffeting wind forces. Such optimization procedure, previously implemented with a quasi-steady model of the buffeting excitation, is here reevaluated adopting a more refined version of the wind-structure interaction forces in which wind actions are applied on the towers and the cables considering drag forces only. For the deck a more refined formulation, based on the use of indicial functions, is adopted to reflect coupling with the bridge orientation and motion. It is shown that there is no variation of the previously identified optimal passive configuration.
The structures of concern in this study are subject to two types of forces: dead loads from the acceleration imposed on the structures as well as the installed operation machines and the additional adjustable forces. We wish to determine the critical values of the adjustable forces when buckling of the structures occurs. The mathematical statement of such a problem gives rise to a constrained eigenvalue problem (CEVP) in which the dominant eigenvalue is subject to an equality constraint. A numerical algorithm for solving the CEVP is proposed in which an iterative method is employed to identify an interval embracing the target eigenvalue. The algorithm is applied to four engineering application examples finding the critical loads of a fixed-free beam subject to its own body force, two plane structures and one wide-flange beam using shell elements when acceleration force is present. The accuracy is demonstrated using the first example whose classical solution exists. The significance of the equality constraint in the EVP is shown by comparing the solutions without the constraint on the eigenvalue. Effectiveness and accuracy of the numerical algorithm are presented.
Research on Lamb wave-based damage identification in plate-like structures depends on precise knowledge of dispersive wave velocity. However, boundary reflections with the same frequency of interest and greater amplitude contaminate direct waves and thus compromise measurement of Lamb wave dispersion in different materials. In this study, non-reflecting boundaries were proposed in both numerical and experimental cases to facilitate time-frequency characterization of Lamb wave dispersion. First, the Lamb wave equations in isotropic and laminated materials were analytically solved. Second, the non-reflecting boundaries were used as a series of frames with gradually increased damping coefficients in finite element models to absorb waves at boundaries while avoiding wave reflections due to abrupt property changes of each frame. Third, damping clay was sealed at plate edges to reduce the boundary reflection in experimental test. Finally, the direct waves were subjected to the slant-stack and short-time Fourier transformations to calculate the dispersion curves of phase and group velocities, respectively. Both the numerical and experimental results suggest that the boundary reflections are effectively alleviated, and the dispersion curves generated by the time-frequency analysis are consistent with the analytical solutions, demonstrating that the combination of non-reflecting boundary and time-frequency analysis is a feasible and reliable scheme for characterizing Lamb wave dispersion in plate-like structures.
The aim of this study is to calculate natural frequencies and harmonic responses of cracked frames with general boundary conditions by using transfer matrix method (TMM). The TMM is a straightforward technique to obtain harmonic responses and natural frequencies of frame structures as the method is based on constructing a relationship between state vectors of two ends of structure by a chain multiplication procedure. A single variable shear deformation theory (SVSDT) is applied, as well as, Timoshenko beam theory (TBT) and Euler-Bernoulli beam theory (EBT) for comparison purposes. Firstly, free vibration analysis of intact and cracked frames are performed for different crack ratios using TMM. The crack is modelled by means of a linear rotational spring that divides frame members into segments. The results are verified by experimental data and finite element method (FEM) solutions. The harmonic response curves that represent resonant and anti-resonant frequencies directly are plotted for various crack lengths. It is seen that the TMM can be used effectively for harmonic response analysis of cracked frames as well as natural frequencies calculation. The results imply that the SVSDT is an efficient alternative for investigation of cracked frame vibrations especially with thick frame members. Moreover, EBT results can easily be obtained by ignoring shear deformation related terms from governing equation of motion of SVSDT.
This study is focused on the dynamic response of curved bridge when the rubber tired AGT vehicles is running with alternative articulations. For the analytic approach, there is necessary for the three dimensional vehicle model with 11 degree of freedom and the three dimensional curved bridge model by means of finite element method. It can be described by conventional Lagrangian formula with respect to the dynamic interactions between vehicles and its met bridge. The formula is implemented by Fortran language on the simulation program designated BADIA II(Bridge-AGT Dynamic Interaction Analysis II). The solutions of the formula are derived by Newmark- ${\beta}$ method. The BADIA II is for the dynamic interactions between vehicle and curved bridge in terms of the roughness of running surface and guide rail. The applicability of the BADIA II is verified in terms of displacement and modal frequency. This study is described that the dynamic interactive behaviors between the rubber tired AGT vehicle and curved bridge in terms of the radius of curvatures of curved bridge, vehicle articulations, vehicle speeds, vehicle weights, flatness of running surface and roughness of guide rail using BADIA II.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.2
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pp.159-164
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2013
Difficulty of torque measurements in high-speed permanent magnet (HSPM) motors has necessitated the development of improved torque calculations. Hence, this paper presents an analytical torque calculation of a high speed permanent magnet (HSPM) motor based on the power factor angle. On the basis of analytical magnetic field solutions, the equations for circuit parameters such as back-emf and synchronous inductance are derived analytically. All analytical results are validated extensively by non-linear finite element (FE) calculations and measurements. The internal angle (${\delta}$) between the back-emf and the phase current is calculated according to the rotor speed by using analytical circuit parameters and the measured power factor because this angle is not measured but estimated in case of sensorless drive of the HSPM motor, significantly affecting torque calculation. Finally, the validity of the torque analysis method proposed in this paper is confirmed, by showing that the torque calculated on the basis of the internal angle is in better agreement with the measurements.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.4
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pp.38-45
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1998
It is a tedious and excessive time consuming process to model the local area of crack tip part of structures in calculation of stress intensity factors by FEM. So, in this paper, the hybrid method of FEM and BEM approach was formulated to overcome this type of problems. The multi-domained BEM was adopted to simplify the modelling process of complex geometry and singularity characteristics of crack tip part and the ordinary FEM modelling was used in the rest part. The example calculations shows very good results compared with analytic solutions and other numerical method.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.4
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pp.179-187
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2003
In the machine tool industry, direct drive linear motor technology is of increasing interest as a means to achieve high acceleration and to increase reliability. This paper analyzes and compares the characteristics of the tubular linear actuator with the cylindrical Halbach and radial array, respectively. A tubular linear actuator with cylindrical Halbach array, consisting of parallel magnetized arc segments instead of ideal radial and axial magnetized rings, is manufactured. The magnetic field solutions due to the PMs and to the currents are established analytically in terms of vector potential, using the 2-D cylindrical coordinate system. Motor thrust, flux linkage and back emf are then derived. Thrust characteristics according to such design parameters as magnet height and air gap length are also given. The results are validated extensively by comparison with finite element analysis (FEA). Test results such as thrust measurements are also given to confirm the analysis.
Current study on the buckling analysis of steel plate in composite structures normally focuses on applying finite element method to derive the buckling stress. However, it is time consuming, computationally complicated and tedious for general use in design by civil engineers. Therefore, in this study an analytical study is conducted to predict the buckling behavior of steel plates in composite structures. Hand calculation method was proposed based on energy principle. Novel buckling shapes with biquadratic functions along both loaded and unloaded direction were proposed to satisfy the boundary condition. Explicit solutions for predicting the critical local buckling stress of steel plate is obtained based on the Rayleigh-Ritz approach. The obtained results are compared with both experimental and numerical data. Good agreement has been achieved. Furthermore, the influences of key factors such as aspect ratio, width to thickness ratio, and elastic restraint stiffness on the local buckling performance are comprehensively discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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