Han, Wanshui;Ma, Lin;Cai, C.S.;Chen, Suren;Wu, Jun
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.249-274
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2015
Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1253-1258
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2007
The media transport systems, such as printers, copy machines, facsimiles, ATMs, cameras, etc. have been widely used and being developed rapidly. In the development of those sheet-handling machineries, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheet with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at such a high speed. Flexible media are very thin, light and flexible, so they behave in geometric nonlinearity with large displacement and large rotation but small strain. In the flexible media analysis, aerodynamic effect from the surrounding air must be included because any small force can make large deformation. In this paper, only the flexible media analysis is performed as early stage of analysis including aerodynamic effect. Through formulations and simulations for total Lagrangian(TL), updated Lagrangian (UL) and co-rotational(CR) method which are widely used for geometric nonlinear analysis, usefulness and reliability of each methods are investigated.
In this study, it is investigated the thermal post-buckling characteristics of step-formed FG panel under the heat and supersonic flow. Material properties are assumed to be temperature dependent as well as continuously varying in the thickness direction of the panel according to a simple power law distribution in terms of the volume fraction of the constituent. First-order shear deformation theory(FSDT) of plate is applied to model the panel, and the von Karman strain-displacement relations are adopted to consider the geometric nonlinearity due to large deformation. Also, the first-order piston theory is used to model the supersonic aerodynamic load acting on a panel. Numerical results are summarized to reveal the thermal post-buckling behaviors of FG panels with various volume fractions, temperature conditions and aerodynamic pressures in detail.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.321-326
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2007
The joined-wing is a new concept of the airplane wing. The fore-wing and the aft-wing arc joined together in the joined-wing. The range and loiter are longer than those of a conventional wing. The joined-wing can lead to increased aerodynamic performances and reduction of the structural weight. The structural behavior of the joined-wing has a high geometric nonlinearity according to the external loads. The gust loads are the most critical loading conditions in the structural design of the joined-wing. The nonlinear behavior should be considered in the optimization of the joined-wing. It is well known that conventional nonlinear response optimization is extremely expensive: therefore, the conventional method is almost impossible to use in large scale structures such as the joined-wing. In this research, geometric nonlinear response structural optimization is carried out using equivalent loads. Equivalent loads are the load sets which generate the same response field in linear analysis as that from nonlinear analysis. In the equivalent loads method, the external loads are transformed to the equivalent loads (EL) for linear static analysis, and linear response optimization is carried out based on the EL.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1335-1340
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2007
The media transport systems, such as printers, copy machines, facsimiles, ATMs, cameras, etc. have been widely used and being developed rapidly. In the development of those sheet-handling machineries, it is important to predict the static and dynamic behavior of the sheet with a high degree of reliability because the sheets are fed and stacked at such a high speed. Flexible media are very thin, light and flexible, so they behave in geometric nonlinearity with large displacement and large rotation but small strain. In the flexible media analysis, aerodynamic effect from the surrounding air must be included because any small force can make large deformation. In this paper, surrounding air was modeled by incompressible Navier-Stokes flow and an arbitrary Lagranigan-Eulerian(ALE) finite element method with automatic mesh-updating technique was formulated for large domain changes. In the numerical simulations, the results with consideration of the air fast decayed and converged into static results while the results without considering air oscillated continuously.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.247-250
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2007
Flexible media such as the paper, the film, etc. are thin, light and very flexible. They behave in geometrically nonlinear. Any of small force makes large deformation. So we must including aerodynamic effect when its behavior is predicted. Thus, it becomes fully coupled fluid-structure interaction(FSI) problem. In FSI problems, where the fluid mesh near the structure undergoes large deformations and becomes unacceptably distorted, which drive the time step to a very small value for explicit calculations, the arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods or rezoning are used to create a new undistorted mesh for the fluid domain, which allows the calculations to continue. In this paper, FE sheet model considering geometric nonlinearity is formulated to simulate the behavior of the flexible media. Aerodynamic force to the media by surrounding air is calculated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. Q2Q1(Taylor-Hood) element which means biquadratic for velocity and bilinear for pressure is used for fluid domain. Q2Q1 element satisfies LBB condition and any stabilization technique is not needed. In this paper, cantilevered sheet in the viscous incompressible Navier-Stokes flow is simulated to check the mesh motion and numerical integration scheme, and then falling paper in the air is simulated and the effects of some representative parameters are investigated.
Wind and wave loadings have a predominant role in the design of offshore structures in general, and articulated tower in particular for a successful service and survival during normal and extreme environmental conditions. Such towers are very sensitive to the dynamic effects of wind and wind generated waves. The exposed superstructure is subjected to aerodynamic loads while the submerged substructure is subjected to hydrodynamic loads. Articulated towers are designed such that their fundamental frequency is well below the wave frequency to avoid dynamic amplification. Dynamic interaction of these towers with environmental loads (wind, waves and currents) acts to impart a lesser overall shear and overturning moment due to compliance to such forces. This compliancy introduces geometric nonlinearity due to large displacements, which becomes an important consideration in the analysis of articulated towers. Prediction of the nonlinear behaviour of these towers in the harsh ocean environment is difficult. However, simplified realistic mathematical models are employed to gain an important insight into the problem and to explore the dynamic behaviour. In this paper, various modeling approaches and solution methods for articulated towers adopted by past researchers are reviewed. Besides, reliability of articulation system, the paper also discussed the design, installation and performance of articulated towers around the world oceans.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.3
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pp.31-36
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2006
In this study, nonlinear static aeroelastic analysis system for a high-aspect-ratio wing are developed using the transonic small disturbance (TSD) and large deflection beam theory and validated. For the coupling between fluid and structure, the transformation of displacement from the structural mesh to aerodynamic one is performed by the shape function of the beam finite element and the inverse transformation of force by work equivalent load concept. Also, for the static aeroelastic analysis of the wing the use of TSD aerodynamics are justified. The validation of the system includes one of the efficient transformation methods of force and displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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