본 논문에서는 등가 단자유도를 이용하여 구조부재의 정적변위를 고려하는 해석기법을 제시하였다. 기존의 단자유도 비선형 동적 해석 알고리듬을 구조부재의 초기정적변위의 영향을 고려할 수 있도록 개선하였다. 가정된 폭발하중 지속시간과 부재의 고유주기 비에 따라 정적변위가 최대응답에 미치는 영향의 차이와 폭발하중의 방향과 초기변위의 방향에 따른 차이를 확인하였다. 이에 따라 기존의 응답 차트를 정적변위를 고려할 수 있도록 폭발하중의 형태에 따라 각각 제시하였다. 설계 예제를 정적변위가 고려된 응답 차트에 적용하여 부재의 최대 변위를 비교 및 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 초기 정적변위를 고려한 구조부재의 최대응답을 쉽게 산정할 수 있으며 본 연구에서 제시한 응답 차트는 플랜트 또는 군사시설물의 내폭 설계에 활용될 수 있다.
Wind effects on roofs are usually considered by equivalent static wind loads based on the equivalence of displacement or internal force for structural design. However, for large-span spatial structures that are prone to dynamic instability under strong winds, such equivalent static wind loads may be inapplicable. The dynamic stability of spatial structures under unsteady wind forces is therefore studied in this paper. A new concept and its corresponding method for dynamic instability-aimed equivalent static wind loads are proposed for structural engineers. The method is applied in the dynamic stability design of an actual double-layer cylindrical reticulated shell under wind actions. An experimental-numerical method is adopted to study the dynamic stability of the shell and the dynamic instability originating from critical wind velocity. The dynamic instability-aimed equivalent static wind loads of the shell are obtained.
Due to difficulty of considering dynamic load in side of a computer resource and computing time, it is common that external load is assumed as ideal static load. However, structural analysis under static load cannot guarantee the safety of structural design. Recently, the systematic method to construct equivalent static load from the given dynamic load has been proposed. Previous study has calculated equivalent static load through the optimization procedure under displacement constraints. And previously reported works to distribute equivalent static load were based on ad hoc methods. However, it is appropriate to take into account the stress constraint for the safety design. Moreover, the improper selection of loading position may results in unreliable structural design. The present study proposes the methodology to optimize an equivalent static which distributed on the primary DOFs, DOFs of the constraint elements, DOF of an external load as positions. In conclusion, the reliability of proposed method is demonstrated through a global optimization.
In this study, transient and quasi-static analysis were done for the evaluation of structural integrity of the platform screen door due to train wind pressure. Fluent 6.0 was used to calculate the train wind pressure, and Ansys 10.0 was used to evaluate the structural stability of platform screen door due to train wind pressure. Transient analysis was used to check the design requirements of platform screen door, and quasi-static analysis was introduced to save the calculating time and check quickly structural performances when compared to those of transient analysis. The results show that structural stability of the platform screen door under train wind pressure is proven and quasi-static analysis can quickly check the structural integrity of platform screen door.
In this paper, the ASCE 7 equivalent static approach for seismic design of non-structural elements is critically evaluated based on the measured floor acceleration data, theory of structural dynamics, and linear/nonlinear dynamic analysis of three-dimensional building models. The analysis of this study on the up-to-date database of the instrumented buildings in California clearly reveals that the measured database does not well corroborate the magnitude and the profile of the floor acceleration as proposed by ASCE 7. The basic flaws in the equivalent static approach are illustrated using elementary structural dynamics. Based on the linear and nonlinear dynamic analyses of three-dimensional case study buildings, it is shown that the magnitude and distribution of the PFA (peak floor acceleration) can significantly be affected by the supporting structural characteristics such as fundamental period, higher modes, structural nonlinearity, and torsional irregularity. In general, the equivalent static approach yields more conservative acceleration demand as building period becomes longer, and the PFA distribution in long-period buildings tend to become constant along the building height due to the higher mode effect. Structural nonlinearity was generally shown to reduce floor acceleration because of its period-lengthening effect. Torsional floor amplification as high as 250% was observed in the building model of significant torsional irregularity, indicating the need for inclusion of the torsional amplification to the equivalent static approach when building torsion is severe. All these results lead to the conclusion that, if permitted, dynamic methods which can account for supporting structural characteristics, should be preferred for rational seismic design of non-structural elements.
Nonlinear dynamic analysis is generally used in automobile crash analysis and structural optimization considering crashworthiness uses the results of nonlinear dynamic analysis. Automobile crash optimization has high nonlinearity and difficulty in calculating sensitivity. Recently the equivalent static load (ESL) method has been proposed in order to overcome these difficulties. The ESL is the static load set generating the same displacement field as the nonlinear dynamic displacement field at each time step in dynamic analysis. From various researches regarding the ESL method, it has been proved that the ESL method is fairly useful. The ESL method can mathematically optimize a crash optimization problem through nonlinear analysis and well developed static optimization. The ESL is applied to nonlinear dynamic structural optimization of the automobile frontal impact problem. An automobile bumper is optimized. The mass of the structure is minimized while some constraints are satisfied.
Structural integrity evaluation is important item in the aircraft certification. Recently, it is designed for limit load, material weakness about fatigue and corrosion, damage by bird strike in flight to evaluate structural integrity of aircraft. And static/fatigue analysis are performed to secure structural integrity, it was verified by static and fatigue tests. To evaluate the structural integrity of small aircraft tail, structural integrity was calculated by the finite element analysis. In the present study, finite element analysis are performed to pick out load cases in flight occurrence, and secure margin of safety to evaluate structural integrity of KC-100 tail unit. The proprieties of finite element analysis results are compared with the static structure test results. The estimation process of structural integrity for small aircraft tail may help the design.
Automobile crash optimization is nonlinear dynamic response structural optimization that uses highly nonlinear crash analysis in the time domain. The equivalent static loads (ESLs) method has been proposed to solve such problems. The ESLs are the static load sets generating the same displacement field as that of nonlinear dynamic analysis. Linear static response structural optimization is employed with the ESLs as multiple loading conditions. Nonlinear dynamic analysis and linear static structural optimization are repeated until the convergence criteria are satisfied. Nonlinear dynamic crash analysis for frontal analysis may not have boundary conditions, but boundary conditions are required in linear static response optimization. This study proposes a method to use the inertia relief method to overcome the mismatch. An optimization problem is formulated for the design of an automobile frontal structure and solved by the proposed method.
Structural insulated panels, structurally performed panels consisting of a plastic insulation bonded between two structural panel facings, are one of emerging products with a viewpoint of its energy and construction efficiencies. These components are applicable to fabricated wood structures. In Korea, there are few technical documents regulated structural performance and engineering criteria in domestic market. This study was conducted to identify fundamental performance of both monotonic load and quasi static cyclic load for SIPs in shear wall application. Static test results showed that maximum load was 44.3kN, allowable shear load was 6.1kN/m, shear stiffness was 1.23 M N/m, and ductility ratio was 3.6. Cyclic test was conducted by two kinds of specimens : single panel and double panels. Cyclic test results, which were equivalent to static test results, showed that maximum load was 45.42kN, allowable shear load was 6.3kN/m. Furthermore the accumulated energy dissipation capability for double panels was as 2.3 times as that for single panel. From performance of structural tests, it was recommended that the allowable shear load for panels was at least 6.1kN/m.
Guan, Shanyue;Rice, Jennifer A.;Li, Changzhi;Li, Yiran;Wang, Guochao
Smart Structures and Systems
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제16권3호
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pp.521-535
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2015
Vibration-based monitoring is one approach used to perform structural condition assessment. By measuring structural response, such as displacement, dynamic characteristics of a structure may be estimated. Often, the primary dynamic responses in civil structures are below 5 Hz, making accurate low frequency measurement critical for successful dynamic characterization. In addition, static deflection measurements are useful for structural capacity and load rating assessments. This paper presents a DC coupled continuous wave radar to accurately detect both dynamic and static displacement. This low-cost radar sensor provides displacement measurements within a compact, wireless unit appropriate for a range of structural monitoring applications. The hardware components and operating mechanism of the radar are introduced and a series of laboratory experiments are presented to assess the performance characteristics of the radar. The laboratory and field experiments investigate the effect of factors such as target distance, motion amplitude, and motion frequency on the radar's measurement accuracy. The results demonstrate that the radar is capable of both static and dynamic displacement measurements with sub-millimeter accuracy, making it a promising technology for structural health monitoring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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