INCONEL 718, nickel based superalloy, has good formability, high strength, excellent corrosion resistance and mechanical properties at high temperature. Owing to theses attractive properties, it is utilized in applications such as combustion system, turbine engines and nuclear reactors. In such applications, components are typically required to be tolerant of high stress impact loading. This may cause material degradation and lead to catastrophic failure during service operation. Accurate understanding of material's mechanical properties with various strain rates is required in order to guarantee the reliability of structural parts made of INCONEL 718. This paper is concerned with the dynamic material properties of the INCONEL 718 at various strain rates. The dynamic response of the INCONEL 718 at the intermediate strain rate is obtained from the high speed tensile test and at the high strain rate is from the split Hopkinson pressure bar test. The effect of the strain rate on dynamic flow stress, work hardening characteristics, strain rate sensitivity and elongation to the failure is evaluated with the experimental results. Experimental results from both the quasi-static and the high strain rate up to 5000/sec are interpolated in order to construct the Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to simulate and design the structural parts made of rNCONEL 718.
Based on numerical and experimental methods, a systematic structural evaluation of a steel natatorium in service was carried out in detail in this paper. Planning of inspection tasks was proposed firstly according to some national codes in China in order to obtain the economic and reliable results. The field visual inspections and static computation were conducted in turn under in-service environmental conditions. Further a three-dimensional finite element model was developed according to its factual geometry properties obtained from the field inspection. An analytical modal analysis was performed to provide the analytical modal properties. The field vibration tests on the natatorium were conducted and then two different system identification methods were used to obtain the dynamic characteristics of the natatorium. A good correlation was achieved in results obtained from the two system identification methods and the finite element method (FEM). The numerical and experimental results demonstrated that the main structure of the natatorium in its present status is safe and it still satisfies the demand of the national codes in China. But the roof system such as purlines and skeletons must be removed and rebuilt completely. Moreover the system identification results showed that field vibration test is sufficient to identify the reliable dynamic properties of the natatorium. The constructive suggestion on structural evaluation of the natatorium is that periodic assessment work must be maintained to ensure the natatorium's safety in the future.
Damage detection methods using structural tests can be divided into two methods, i.e., static and dynamic. The static methods which use the stiffness properties of the structure are simpler than the dynamic methods. However, static approaches are very sensitive to the displacement measurement noises and modeling errors. The dynamic methods also have limitations in acquiring the natural frequencies and mode shapes of the high frequencies. In this study, a method for the structural damage assessment using sensitivity matrices is developed, in which the drawbacks of the static and dynamic methods can be compensated. Based on the measurement data for the static displacements and dynamic modal properties, the damage locations and the degree of damage are determined using the presented sensitivity matrix method. The efficiency of the proposed method has been examined through numerical simulation studies on truss type structures.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.18
no.4
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pp.44-50
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2010
Structural vibration is a significant problem in many multi-part or multi-component assemblies. In aircraft industry, structures are composed of various fasteners, such as bolts, snap, hinge, weld or other fastener or connector (collectively "fasteners"). Due to these, prediction and design involving dynamic characteristics is quite complicated. However, the current state of the art does not provide an analytical tool to effectively predict structure's dynamic characteristics, because consideration of structural uncertainties (i.e. material properties, geometric tolerance, dimensional tolerance, environment and so on) is difficult and very small fasteners in the structure cause a huge amount of analysis time to predict dynamic characteristics using the FEM (finite element method). In this study, to resolve the current state of the art, a new approach is proposed using the FEM and probabilistic analysis. Firstly, equivalent elements are developed using simple element (e.g. bar, beam, mass) to replace fasteners' finite element model. Developed equivalent elements enable to explain static behavior and dynamic behavior of the structure. Secondly, probabilistic analysis is applied to evaluate the PDF (probability density function) of dynamic characteristics due to tolerance, material properties and so on. MCS (Monte-Carlo simulation) is employed for this. Proposed methodology offers efficiency of dynamic analysis and reality of the field as well. Simple plates joined by fasteners are taken as an example to illustrate the proposed method.
de Souza Bastos, Leonardo;Guerrero, Carolina Andrea Sanchez;Barile, Alan;da Silva, Jose Guilherme Santos
Coupled systems mechanics
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v.8
no.2
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pp.169-184
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2019
This research work presents a study that aims to assess the dynamic structural behaviour and also investigate the human comfort levels of a reinforced concrete building, when subjected to nondeterministic wind dynamic loadings, considering the effect of masonry infills on the global stiffness of the structural model. In general, the masonry fills most of the empty areas within the structural frames of the buildings. Although these masonry infills present structural stiffness, the common practice of engineers is to adopt them as static loads, disregarding the effect of the masonry infills on the global stiffness of the structural system. This way, in this study a numerical model based on sixteen-storey reinforced concrete building with 48 m high and dimensions of $14.20m{\times}15m$ was analysed. This way, static, modal and dynamic analyses were carried out in order to simulate the structural model based on two different strategies: no masonry infills and masonry infills simulated by shell finite elements. In this investigation, the wind action is considered as a nondeterministic process with unstable properties and also random characteristics. The fluctuating parcel of the wind is decomposed into a finite number of harmonic functions proportional to the structure resonant frequency with phase angles randomly determined. The nondeterministic dynamic analysis clearly demonstrates the relevance of a more realistic numerical modelling of the masonry infills, due to the modifications on the global structural stiffness of the building. The maximum displacements and peak accelerations values were reduced when the effect of the masonry infills (structural stiffness) were considered in the dynamic analysis. Finally, it can be concluded that the human comfort evaluation of the sixteen-storey reinforced concrete building can be altered in a favourable way to design.
In this work, the dynamic properties of a high performance concrete containing glass powder (GP) was studied. The GP is a new cementitious material obtained by recycling waste glass presenting pozzolanic activity. This eco-friendly material was incorporated in concrete mixes by replacing 20 and 30% of cement. The mechanical properties of building materials highly affect the response of the structure under dynamic actions. First, the resonant vibration frequencies were measured on concrete plate with free boundary conditions after 14, 28 and 90 curing days by using an alternative vibration monitoring technique. This technique measures the average frequencies of several excitations done at different points of the plate. This approach takes into account the heterogeneity of a material like concrete. So, the results should be more precise and reliable. For measuring the bending and torsion resonant frequencies, as well as the damping ratio. The dynamic properties of material such as dynamic elastic modulus and dynamic shear modulus were determined by modelling the plate on the finite element software ANSYS. Also, the instantaneous aroused frequency method and ultrasound method were used to determine the dynamic elastic modulus for comparison purpose, with the results obtained from vibration monitoring technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.4
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pp.801-810
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1998
Modeling and analysis of dynamic systems generally demand their resutls to be interpreted each other with a physical sense. It sometimes requires that there should exist a unified tool in the treatment of dynamic systems which can be applied to both their modeling and analysis equally. This paper shows how models just after the progress of modeling via bond graph standards are converted to ones which are appropriate for analyzing a dynamic system in the frequency domain. Four bond graph prototypes are introduced to obtain frequency properties of dynamic systems such as zero stability, relative order, zero and pole dynamics, etc. directly from bond graphs, and the method are proposed which reduces nearly all models of bond graph standards to one of the prototypes without any change of physical similarity. This procedure as a tool for the structural reduction of bond graphs and finding frequency properties of a dynamic system is further investigated to survey its effectiveness through an example.
Base isolation is a quite practical control strategy for enhancing the response of structural systems induced by strong ground motions. Due to the dynamic effects of base isolation systems, reduction in the interstory drifts of the superstructure is often achieved at the expense of high base displacement level, which may lead to instability of the structure or non-practical designs for the base isolators. To reduce the base displacement, several hybrid structural control strategies have been studied over the past decades. This study investigates a particular strategy that employs Tuned Mass Dampers (TMDs) for improving the performance of base-isolated structures and unlike previous studies, specifically focuses on the effectiveness of this hybrid control strategy in structures that are equipped with nonlinear base isolation systems. To consider the nonlinearities of base isolation systems, a Bouc-Wen model is selected and nonlinear dynamic OpenSees models are used to perform several time-history simulations in time and frequency domains. Through these numerical simulations, the effects of several parameters such as the fundamental period of the structure, dynamic properties of the TMD and isolation systems and properties of the input ground motion on the behaviour of TMD-structure-base isolation systems are examined. The results of this study provide a better insight into the performance of linear shear-story structures with nonlinear base isolators and show that there are many scenarios in which TMDs can still improve the performance of these systems.
Recent construction activities have given rise to civil petitions associated with vibration-induced damages or nuisances. To mitigate unfavorable effects of construction activities, the measures to reduce or isolate from vibration need to be adopted. In this research, a vibration-mitigated concrete, which is one of the active measures for reducing vibration in concrete structures, was investigated. Concrete was mixed with vibration-reducing materials (i.e. latex, rubber power, plastic resin, and polystyrofoam) to reduce vibration and tested to evaluate dynamic material properties and structural characteristics. Normal and high strength concrete specimens with a certain level of damage were also tested for comparisons. In addition, recycling tires and plastic materials were added to produce a vibration-reducing concrete. A total of 32 concrete bars and eight concrete beams were tested to investigate the dynamic material properties and structural characteristics. Wave measurements on concrete bars showed that vibration-mitigated concrete has larger material damping ratio than normal or high strength concrete. Styrofoam turned out to be the most effective vibration-reducing mixture. Flexural vibration tests on eight flexural concrete beams also revealed that material damping ratio of the concrete beams is much smaller than structural damping ratio for all the cases.
As hyperboloidal cooling towers (HCTs) growing larger and slender, they become more sensitive to gust wind. To improve the dynamic properties of HCTs and to improve the wind resistance capability, stiffening rings have been studied and applied. Although there have been some findings, the influence mechanism of stiffening rings on the dynamic properties is still not fully understood. Based on some fundamental perceptions on the dynamic properties of HCTs and free ring structures, a concept named "participation degree" of stiffening rings was proposed and the influence mechanism on the dynamic properties was illustrated. The "participation degree" is determined by the modal deform amplitude and latitude wave number of stiffening rings. Larger modal deform amplitude and more latitude waves can both result in higher participation degree and more improvement to eigenfrequencies. Also, this concept can explain and associate the pre-existing independent findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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