Kim, Jin Man;Choe, Eun Hui;Park, Dae Gyu;Lee, Jae Hong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.303-312
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2008
In this paper, the seismic behavior of shear wal-frame systems is analyzed. The governing equations of the wall-frame systems with outrigger truss are formulated through the continuum approach and the whole structure is idealized as a shear-flexural cantileverwith rotational spring. The effect of shear deformation and flexural deformation of the wall-frame and outrigger trusses are considered and incorporated in the formulation of the wall-frame structures with and without outriggers are compared by using finite element analysis incorporated with the Newmark-${\beta}$ method. Numerical results are obtained and compared with the finite element package MIDAS. The proposed method is found to be simple and efficient, and provides reason ably accurate results in the early design stage of tall building structures.
Kim, Hyung-Woo;Hong, Sup;Choi, Jong-Su;Yeu, Tae-Kyeong
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.311-314
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2006
This paper concerns about total dynamic analysis of integrated mining system. This system consists of vertical steel pipe, intermediate buffer station, flexible pipe and self-propelled miner. The self-propelled miner and buffer are assumed as rigid-body of 6-dof. Discrete models of vertical steel pipe and flexible pipe are adopted, which are obtained by means of lumped-parameter method. The motion of mining vessel is not considered. Instead, the motion of mining vessel is taken into account in form of various boundary conditions (e.g. forced excitation in slow motion and/or fast oscillation and so on). A terramechanics model of extremely soft cohesive soil is applied to the self-propelled miner. The hydrodynamic forces and moments are included in the dynamic models of vehicle and lifting pipe system. Hinged and fixed constraints are used to define the connections between sub-systems (vertical steel pipe, buffer, flexible pipe, miner). Equations of motion of the coupled model are derived with respect to the each local coordinates system. Four Euler parameters are used to express the orientations of the sub-systems. To solve the equations of motion of the total dynamic model, an incremental-iterative formulation is employed. Newmark-b method is used for time-domain integration. The total dynamic responses of integrated mining system are investigated.
A framed structure may be composed of two sub-structures, which are linked by a hinged joint. One sub-structure is the primary system and the other is the secondary system. The primary system, which is subjected to the periodic external load, can give rise to an auto-parametric resonance of the second system. Considering the geometric-stiffness effect produced by the axially internal force, the element equation of motion is derived by the extended Hamilton's principle. The element equations are then assembled into the global non-homogeneous Mathieu-Hill equations. The Newmark's method is introduced to solve the time-history responses of the non-homogeneous Mathieu-Hill equations. The energy-growth exponent/coefficient (EGE/EGC) and a finite-time Lyapunov exponent (FLE) are proposed for determining the auto-parametric instability boundaries of the structural system. The auto-parametric instabilities are numerically analyzed for the two frames. The influence of relative stiffness between the primary and secondary systems on the auto-parametric instability boundaries is investigated. A phenomenon of the "auto-parametric internal resonance" (the auto-parametric resonance of the second system induced by a normal resonance of the primary system) is predicted through the two numerical examples. The risk of auto-parametric internal resonance is emphasized. An auto-parametric resonance experiment of a ${\Gamma}$-shaped frame is conducted for verifying the theoretical predictions and present calculation method.
Kim, Hyung-Woo;Lee, Chang-Ho;Hong, Sup;Choi, Jong-Su;Yeu, Tae-Kyeong;Kim, Sea-Moon
Ocean and Polar Research
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v.32
no.4
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pp.361-367
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2010
The principal objective of this paper was to evaluate the steering characteristics of a tandem tracked vehicle, each side of which features two tandem tracks, when crawling on extremely cohesive soft soil. The tandem tracked vehicle is assumed to be a rigid-body with 6-dof. The dynamic analysis program of the tandem tracked vehicle was developed via Newmark's method and the incremental-iterative method. A terra-mechanics model of extremely cohesive soft soil was implemented according to the relationships of normal pressure to sinkage, of shear resistance to shear displacement, and of dynamic sinkage to shear displacement. In order to simplify the characteristics of contact interaction between track segments and cohesive soft soil, the characteristics of soil are equated to the properties of intact soil. In an effort to evaluate the steering characteristics of a tandem tracked vehicle crawling on extremely cohesive soft soil, a series of dynamic simulations were conducted for a tandem tracked vehicle model with respect to the front and rear steering angle, the steering ratio, and the initial velocity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.90-100
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1993
A finite element formulation of vibration control of a laminated plate with piezoelectric sensor/ actuators is presented. Classical lamination theory with the induced strain actuation and Hamilton's principle are used to formulate the equations of motion of the system. The total charge developed on the sensor layer is calculated from the direct piezoelectric equation. The equations of motion and the total charge are discretized with 4 node, 12 degrees of freedom quadrilateral plate bending elements with one electrical degree of freedom. The mass and stiffness of the piezoelectric layer are introduced by treating them as another layer in laminated plate. Piezoelectric sensor/actuators are distributed, but discrete due to the geometry of electrodes. By defining an i.d. number of electrode for each element, modelling of electrodes with variable geometry can be achieved. The static response of a piezoelectric bimorph beam to electrical loading and sensor voltage to given displacement are calculated. For a laminated plate under the negative velocity feedback control, the direct time response by the Newmark-.betha. method and damped frequencies and modal damping ratios by modal state space analysis are derived.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.1
no.1
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pp.93-101
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1989
A geometrically nonlinear cable finite element is presented to use in the static or dynamic modeling of offshore and onshore structures such as guyed tower, tension leg platform or mooring buoy, submarine cable, cable-stayed bridge, suspension bridge, cable roof and so on. The cable finite element is derived directly from the compatibility equations and flexibility matrix of elastic catenary cable theory for the arbitary plane loading and geome try. A general and virsatile computer program has been developed to perform the analyses of cable member itself or cable guyed or suspened structures, in which Newmark-$\beta$ method is used to obtain a time domain solution and Newton-Raphson iteration method is used to solve the nonlinear system of compatibility equations of cable and algebraic static or dynamic equations at each time step. The results from the static and dynamic analysis of a cable member by the computer program are summarized and presented.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.875-882
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2019
The effects of Triangle Groove Strips (TGS) on Vortex-induced Vibration (VIV) suppression of marine riser are numerically investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD) method. The range of Reynolds number in simulations is 4.0 × 104 < Re < 1.2 × 105. The two-dimensional unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and Shear Stress Transport (SST) k-ω turbulence model are used to calculate the flow around marine riser. The Newmark-β method is employed for evaluating the structure dynamics of marine riser. The effect of the height ratio (ε) of TGS on VIV suppression is evaluated. The amplitude responses, frequency responses, vortex patterns and the flow around the structures are discussed in detail. With the increase of the height ratio of TGS, the suppression effect of TGS on VIV suppression is improved firstly and then weakened. When ε=0.04, the suppression effect of TGS is the best. Compared with the VIV responses of smooth marine riser, the amplitude ratio is reduced by 38.9%, the peak of the lift coefficient is reduced by 69% and the peak of the drag coefficient is reduced by 40% when Re=6.0 × 104. With the increase of Reynolds number, the suppression effect of TGS on VIV suppression is improved firstly and then weakened. When the Reynolds number is 7.0 × 104, the amplitude ratio can be reduced by 40.1%. As to the large-amplitude vibration cases, the TGS show nice suppression effect on VIV.
Esmaeilzadeh, Mostafa;Golmakani, Mohammad Esmaeil;Kadkhodayan, Mehran;Amoozgar, Mohammadreza;Bodaghi, Mahdi
Advances in nano research
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v.10
no.2
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pp.151-163
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2021
The main target of this study is to investigate nonlinear transient responses of moving polymer nano-size plates fortified by means of Graphene Platelets (GPLs) and resting on a Winkler-Pasternak foundation under a transverse pressure force and a temperature variation. Two graphene spreading forms dispersed through the plate thickness are studied, and the Halpin-Tsai micro-mechanics model is used to obtain the effective Young's modulus. Furthermore, the rule of mixture is employed to calculate the effective mass density and Poisson's ratio. In accordance with the first order shear deformation and von Karman theory for nonlinear systems, the kinematic equations are derived, and then nonlocal strain gradient scheme is used to reflect the effects of nonlocal and strain gradient parameters on small-size objects. Afterwards, a combined approach, kinetic dynamic relaxation method accompanied by Newmark technique, is hired for solving the time-varying equation sets, and Fortran program is developed to generate the numerical results. The accuracy of the current model is verified by comparative studies with available results in the literature. Finally, a parametric study is carried out to explore the effects of GPL's weight fractions and dispersion patterns, edge conditions, softening and hardening factors, the temperature change, the velocity of moving nanoplate and elastic foundation stiffness on the dynamic response of the structure. The result illustrates that the effects of nonlocality and strain gradient parameters are more remarkable in the higher magnitudes of the nanoplate speed.
Dynamic buckling of structure is one of the failure modes that needs to be considered since it may result in catastrophic failure of the structure in a short period of time. For a thin fiber-reinforced polymer (FRP) plate under compression, buckling is an inherent hazard which will be intensified by the existence of defects like holes, cracks, and delamination. On the other hand, the growth of the delamination is another prime concern for thin FRP plates. In the current paper, reinforcing the plates against buckling is realized by using SMA wires in the form of stitches. A numerical framework is proposed to simulate the dynamic instability emphasizing the effect of the SMA stitches in suppressing delamination growth. The suggested algorithm is more accurate than the other methods when considering the transformation point of the SMA wires and the modeling of the cohesive zone using simple and yet reliable technique. The computational design of the method by producing the line by line orders leads to a simple algorithm for simulating the super-elastic behavior. The Lagoudas constitutive model of the SMA material is implemented in the form of user material subroutines (VUMAT). The normal bilinear spring model is used to reproduce the cohesive zone behavior. The nonlinear finite element formulation is programmed into FORTRAN using the Newmark-beta numerical time-integration approach. The obtained results are compared with the results obtained by the finite element method using ABAQUS/Explicit solver. The obtained results by the proposed algorithm and those by ABAQUS are in good agreement.
Assie, Amr;Akbas, Seref D.;Kabeel, Abdallah M.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.1
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pp.79-90
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2022
In this study, the dynamic behavior of functionally graded layered deep beams with viscoelastic core is investigated including the porosity effect. The material properties of functionally graded layers are assumed to vary continuously through thickness direction according to the power-law function. To investigate porosity effect in functionally graded layers, three different distribution models are considered. The viscoelastically cored deep beam is exposed to harmonic sinusoidal load. The composite beam is modeled based on plane stress assumption. The dynamic equations of motion of the composite beam are derived based on the Hamilton principle. Within the framework of the finite element method (FEM), 2D twelve -node plane element is exploited to discretize the space domain. The discretized finite element model is solved using the Newmark average acceleration technique. The validity of the developed procedure is demonstrated by comparing the obtained results and good agreement is detected. Parametric studies are conducted to demonstrate the applicability of the developed methodology to study and analyze the dynamic response of viscoelastically cored porous functionally graded deep beams. Effects of viscoelastic parameter, porosity parameter, graduation index on the dynamic behavior of porous functionally graded deep beams with viscoelastic core are investigated and discussed. Material damping and porosity have a significant effect on the forced vibration response under harmonic excitation force. Increasing the material viscosity parameters results in decreasing the vibrational amplitudes and increasing the vibration time period due to increasing damping effect. Obtained results are supportive for the design and manufacturing of such type of composite beam structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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