In order to investigate the accuracy and applicability of steel equivalent constitutive model, the calculated results were compared with typical tests of steel frames under static and dynamic loading patterns firstly. Secondly, four widely used models for time history analysis of steel frames were compared to discuss the applicability and efficiency of different methods, including shell element model, multi-scale model, equivalent constitutive model (ECM) and traditional beam element model (especially bilinear model). Four-story steel frame models of above-mentioned finite element methods were established. The structural deformation, failure modes and the computational efficiency of different models were compared. Finally, the equivalent constitutive model was applied in seismic incremental dynamic analysis of a ten-floor steel frame and compared with the cyclic hardening model without considering damage and degradation. Meanwhile, the effects of damage and degradation on the seismic performance of steel frame were discussed in depth. The analysis results showed that: damages would lead to larger deformations. Therefore, when the calculated results of steel structures subjected to rare earthquake without considering damage were close to the collapse limit, the actual story drift of structure might already exceed the limit, leading to a certain security risk. ECM could simulate the damage and degradation behaviors of steel structures more accurately, and improve the calculation accuracy of traditional beam element model with acceptable computational efficiency.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.5
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pp.741-746
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2022
In this paper, structural analysis was conducted on the base frame for materials of the conveyor system that automatically produces nurungji. The materials of the base frame were selected as SS400, STS304, Al6063-5. Structural analysis performed Von-Mises stress and maximum displacement for 38 hot plates in real situation, and performed weight of distribution force for yield strength, and calculated safety factor. SS400 and STS304 have little displacement, but Al6063-5 is deformed to 0.149mm, which is 2.6 times greater than other materials. However, since the safety factor was calculated as 8.5, it can be applied to the applicable food processing equipment. The weight of the distributed force for the yield strength of the materials was 17.7kN for SS400, 14.7kN for STS304, and 10.2kN for Al6063-T5. When manufacturing other processed foods with a base frame of the same size, a material suitable for the corresponding weight should be selected.
Analytical methods for assessment of the out-of-plane buckling of unbraced top chords of truss bridges may look obsolete while comparing them to finite element analysis. However they are, usually, superior when rapid assessment is necessary. Analytical methods consider the top chord as a bar on elastic supports provided by bracing (Holt, Timoshenko). Correct assessment of the support elasticity (stiffness) is crucial. In the case of truss bridge spans of traditional structural layout (cross-beams at the truss chord nodes only), the elasticity may be set based on the analysis of the, so called, U-frame stiffness. Here the analyses consider the U-frame itself (a pair of verticals and a cross-beam) or the U-frame with adjacent diagonals or the pair of diagonals (in the absence of verticals) and the members of the bottom chord in the adjacent panels. For all the cases, the stability analysis of the chord as a bar in compression is necessary. Unfortunately, the method cannot be applied to contemporary truss bridges without verticals, that usually have independent cross-beam decks (the cross-beams attached to truss chords at their nodes and between them). This is the motivation for the analysis resulting in the method of setting the stiffness of the equivalent U-frame for the aforementioned truss bridges. Truss girders of both, gussetless and gusseted, joints are taken into account.
Park, Tae Won;Kim, Kee Joo;Won, Si-Tae;Han, Chang-Pyung
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.3
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pp.50-57
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2013
The high temperature thermal attacks in welding can affect the residual stress of a frame for automotive assembly accompanying frame deformation. Also the residual stress can induce the negative effect on durability performance of the automobile. In order to analyze the frame deformation, the simplified test frame which had the similar shape (form) of the real automotive frame was fabricated. The contactless optical 3D scanner was used for the shape difference measurement of the frame between before and after the welding. The FE-model of the test frame was composed and the deformation and residual stress simulation were performed. The simulated results were compared with the measured results for the reference of the frame design following as the variation of welding sequency. The deformation shape of the frame by simulation was in good agreement with that by the experimental measurement. In addition, the optimized welding sequency with reduced deformation after welding could be achieved through these analyses.
This paper presents the results of an analytical study on seismic reliability of viscoelastically damped frame systems in comparison with that of conventional moment resisting frame systems. In order to exhibit the reliability of the frame systems with viscoelastic dampers, seismic reliability analyses were carried out for steel framed buildings, 5 and 12 storeys in height, designed as: (a) Case 1: Conventional moment resisting frame, (b) Case 2: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 10%, and (c) Case 3: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 20%. Nonlinear time history analyses were utilized to develop seismic fragility curves whilst monitoring various performance objectives. To obtain robust estimators of the seismic reliability, a database including 15 natural earthquake ground motion records with markedly different characteristics was employed in the fragility analysis. The results indicate that depending upon the supplemental effective damping ratio, frames designed with viscoelastic dampers have considerably lower annual probability of exceedance of performance limit states for structural components, showing up to a five-fold reduction in comparison to conventionally designed moment resisting frame system.
The paper deals with comparative study of various surrogate models based approximate optimization in the structural design of the passive type deck support frame under design load conditions. The passive type deck support frame was devised to facilitate both transportation and installation of 20,000 ton class topside. Structural analysis was performed using the finite element method to evaluate the strength performance of the passive type deck support frame in its initial design stage. In the structural analysis, the strength performances were evaluated for various design load conditions. The optimum design problem based on surrogate model was formulated such that thickness sizing variables of main structure members were determined by minimizing the weight of the passive type deck support frame subject to the strength performance constraints. The surrogate models used in the approximate optimization were response surface method, Kriging model, and Chebyshev orthogonal polynomials. In the context of numerical performances, the solution results from approximate optimization were compared to actual non-approximate optimization. The response surface method among the surrogate models used in the approximate optimization showed the most appropriate optimum design results for the structure design of the passive type deck support frame.
The presented paper considers infill masonry walls' influence on the seismic reliability of precast concrete frames. The recent Bojnord earthquake on May 13th, 2017 in Iran (MW 5.4) illustrated that the infill masonry walls play a crucial role in the damage extent and life safety issues of inhabitants in the precast concrete buildings. The incremental dynamic analysis (IDA) approach was used to determine the fragility curves of the represented damaged precast frame. Then, by integrating site hazard and structural fragilities, the seismic reliability of the represented precast frame was evaluated in different damage limit states. Additionally, the static pushover analysis (SPA) approach was used to assess the seismic performance assessment of the precast frame. Bare and infilled frames were modeled as 2D frames employing the OpenSees software platform. The multi-strut macro-model method was employed for infill masonry simulation. Also, a relatively efficient and straightforward nonlinear model was used to simulate the nonlinear behavior of the precast beam-column joint. The outputs show that consideration of the masonry infilled wall effect in all spans of the structural frame leads to a decrease in the possibility of exceedance of specified damage limit states in the structures. In addition, variation of hazard curves for buildings with and without consideration of infilled walls leads to a decrease in the reliability of the building's frames with masonry infilled walls. Furthermore, the lack of infill walls in the first story significantly affects the precast concrete frame's seismic reliability and performance.
Present paper deals with the cost effective design of reinforced concrete building frame employing unified particle swarm optimization (UPSO). A building frame with G+8 stories have been adopted to demonstrate the effectiveness of the present algorithm. Effect of seismic loads and wind load have been considered as per Indian Standard (IS) 1893 (Part-I) and IS 875 (Part-III) respectively. Analysis of the frame has been carried out in STAAD Pro software.The design loads for all the beams and columns obtained from STAAD Pro have been given as input of the optimization algorithm. Next, cost optimization of all beams and columns have been carried out in MATLAB environment using UPSO, considering the safety and serviceability criteria mentioned in IS 456. Cost of formwork, concrete and reinforcement have been considered to calculate the total cost. Reinforcement of beams and columns has been calculated with consideration for curtailment and feasibility of laying the reinforcement bars during actual construction. The numerical analysis ensures the accuracy of the developed algorithm in providing the cost optimized design of RC building frame considering safety, serviceability and constructional feasibilities. Further, Monte Carlo simulations performed on the numerical results, proved the consistency and robustness of the developed algorithm. Thus, the present algorithm is capable of giving a cost effective design of RC building frame, which can be adopted directly in construction site without making any changes.
The study deals with physical modeling of a typical three storeyed building frame supported by a pile group of four piles ($2{\times}2$) embedded in cohesive soil mass using three dimensional finite element analysis. For the purpose of modeling, the elements such as beams, slabs and columns, of the superstructure frame; and that of the pile foundation such as pile and pile cap are descretized using twenty noded isoparametric continuum elements. The interface between the pile and the soil is idealized using sixteen node isoparametric surface element. The soil elements are modeled using eight nodes, nine nodes and twelve node continuum elements. The present study considers the linear elastic behaviour of the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation). The soil is assumed to behave non-linear. The parametric study is carried out for studying the effect of soil- structure interaction on response of the frame on the premise of sub-structure approach. The frame is analyzed initially without considering the effect of the foundation (non-interaction analysis) and then, the pile foundation is evaluated independently to obtain the equivalent stiffness; and these values are used in the interaction analysis. The spacing between the piles in a group is varied to evaluate its effect on the interactive behaviour of frame in the context of two embedment depth ratios. The response of the frame included the horizontal displacement at the level of each storey, shear force in beams, axial force in columns along with the bending moments in beams and columns. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the configuration of the pile groups and in the context of non-linear behaviour of soil.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.1
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pp.57-62
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2013
Because there is no suspension and differential devices at cart body, the deformation of the frame happened during kart driving affects the driving performance caused by the elastic deformation and the fatigue life of kart frame resulted from the permanent deformation. The dynamic behavior of kart caused by the torsional deformation during circular driving is the important factor of these two kinds of deformations. In order to analyze the dynamic behavior of kart at this curved section, GPS is used to trace the track of kart and the torsional stress at kart-frame has been measured with real time. The mechanical properties of kart-frames for leisure and racing are investigated through material property analysis and tensile test. Torsional stress concentration and frame distortion are investigated through stress analysis on frame on the basis of study result. The real karts for leisure and racing kart are also tested in each driving condition by using the driving analysis equipment. The driving behavior of kart at the curved section are investigated through this test. As the phenomenon of load movement due to centrifugal force at car is happened during circular driving, the torsional stress occurs at cart steel frame.
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