A numerical procedure is described for predicting the motion and structural responses of tension leg platforms(TLPs) in waves. The developed numerical approach is based on a combination of a three dimensional source distribution method and the dynamic response analysis method, in which the superstructure of TLPs is assumed to be flexible instead of rigid. Restoring forces by hydrostatic pressure on the submerged surface of a TLP have been accurately calculated by excluding the assumption of the slender body theory. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, and the structural damping are included in the motion and structural analysis. The equations of motion of a whole structure are formulated using element-fixed coordinate systems which have the orgin at the nodes of the each hull element and move parallel to a space-fixed coordinate system. Numerical results are compared with the experimental and numerical ones, which are obtained in the literature, concerning the motion and structural responses of a TLP in waves. The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.
This paper presents a theoretical analysis for the free vibration of rectangular tanks partially filled with an ideal liquid. Wet dynamic displacements of the tanks are approximated by combining the orthogonal polynomials satisfying the boundary conditions, since the rectangular tanks are composed of four rectangular plates. The classical boundary conditions of the tanks at the top and bottom ends are considered, such as clamped, simply supported, and clamped-free boundary conditions. As the facing rectangular plates are assumed to be geometrically and structurally identical, the vibration modes of the facing plates of the tanks can be divided into two categories: symmetric and antisymmetric modes with respect to the planes passing through the center of the tanks and perpendicular to the free liquid surface. The liquid displacement potentials satisfying the Laplace equation and liquid boundary conditions are derived, and the wet dynamic modal functions of a quarter of the tanks can be expanded by the finite Fourier transform for compatibility requirements along the contacting surfaces between the tanks and liquid. An eigenvalue problem is derived using the Rayleigh-Ritz method. Consequently, the wet natural frequencies of the rectangular tanks can be extracted. The proposed analytical method is verified by observing an excellent agreement with three-dimensional finite element analysis results. The effects of the liquid level and boundary condition at the top and bottom edges are investigated.
Motivated by the demand of seismic protection of museum collections and development of performance-based seismic design guidelines, this paper investigates the seismic fragility of sliding artifacts based on incremental dynamic analysis and three-dimensional finite element model of the artifact-showcase-museum system considering nonlinear behavior of the structure and contact interfaces. Different intensity measures (IMs) for seismic fragility assessment of sliding artifacts are compared. The fragility curves of the sliding artifacts in both freestanding and restrained showcases placed on different floors of a four-story reinforced concrete frame structure are developed. The seismic sliding fragility of the artifacts within a real-world museum subjected to bi-directional horizontal ground motions is also assessed using the proposed IM and engineering demand parameter. Results show that the peak floor acceleration including only values initiating sliding is an efficient IM. Moreover, the sliding fragility estimate for the artifact in the restrained showcase increases as the floor level goes higher, while it may not be true in the freestanding showcase. Furthermore, the artifact is more prone to sliding failure in the restrained showcase than the freestanding showcase. In addition, the artifact has slightly worse sliding performance subjected to bi-directional motions than major-component motions.
The accurate prediction of snow distributions under the wind action on roofs plays an important role in designing structures in civil engineering in regions with heavy snowfall. Affected by some factors such as building shapes, sizes and layouts, the snow drifting on roofs shows more three-dimensional characteristics. Thus, the research on three-dimensional snow distribution is needed. Firstly, four groups of stepped flat roofs are designed, of which the width-height ratio is 3, 4, 5 and 6. Silica sand with average radius of 0.1 mm is used to model the snow particles and then the wind tunnel test of snow drifting on stepped flat roofs is carried out. 3D scanning is used to obtain the snow distribution after the test is finished and the mean mass transport rate is calculated. Next, the wind velocity and duration is determined for numerical simulations based on similarity criteria. The adaptive-mesh method based on radial basis function (RBF) interpolation is used to simulate the dynamic change of snow phase boundary on lower roofs and then a time-marching analysis of steady snow drifting is conducted. The overall trend of numerical results are generally consistent with the wind tunnel tests and field measurements, which validate the accuracy of the numerical simulation. The combination between the wind tunnel test and CFD simulation for three-dimensional typical roofs can provide certain reference to the prediction of the distribution of snow loads on typical roofs.
Marwah Abbas Hadi;Saif Alzabeebee;Suraparb Keawsawasvong
Geomechanics and Engineering
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v.32
no.5
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pp.483-494
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2023
High-speed trains became common nowadays due to the need for fast and safe mean to transport goods and people. However, the use of high-speed trains necessitates the examination of the critical speed, which is the train speed at which the maximum settlement of the railway track occurs. The critical speed and railway track settlement have been investigated considering only one train in previous studies. However, it is normal to have two adjacent trains moving at the same time. This paper aims to understand how the interference of two moving trains affects the settlement and critical speed of ballasted railway track. Calibrated three-dimensional finite element models of railway track subjected to one moving train and two moving trains have been developed to address the aim of the study. It is found that the interference dramatically increases the railway track settlement with a percentage increase ranges between 5 and 100%. It is also found that the percentage increase of the railway track settlement depends on the train speed and the distance between the moving trains. In addition, it is found that the thickness of the ballast layer and the stiffness of the subgrade have minor influence on the percentage increase of the settlement. Importantly, the results of this paper illustrate the importance of the interference of the moving trains on the dynamic response of the railway track. Thus, there is a need to consider the dynamic interaction between the adjacent moving trains in the design of railway track foundation.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.11
no.2
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pp.23-31
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2008
The configuration model of a ballute type RAID(Ram Air Inflated Decelerator) for reducing the high speed and high revolution of smart submuntion is designed and tested. Three dimensional incompressible turbulent flow computational fluid dynamic analysis for the assembly of ballute and submunition is performed and pressure distribution, velocity, and drag around the assembly is calculated. Aerodynamic characteristics of the ballute assembly such as air flow inside and outside of the ballute and pressure distribution is clearly shown and it's drag coefficient is computed. Trajectory analysis of the submunition is performed and is in good agreement with the descending trajectory data of experimental model tested.
A graded harmonic finite element formulation based on three-dimensional elasticity theory is developed for the structural analysis of 2D functionally graded axisymmetric structures. The mechanical properties of the axisymmetric solid structures composed of two different metals and ceramics are assumed to vary in radial and axial directions according to power law variations as a function of the volume fractions of the constituents. The material properties of the graded element are calculated at the integration points. Effects of material distribution profile on the static deformation, natural frequency and dynamic response analyses of particular axisymmetric solid structures are investigated by changing the power law exponents. It is observed that the displacements, stresses and natural frequencies are severely affected by the variation of axial and radial power law exponents. Good accuracy is obtained with fewer elements in the present study since Fourier series expansion eliminates the need of finite element mesh in circumferential direction and continuous material property distribution within the elements improves accuracy without refining the mesh size in axial and radial directions.
Park, Jung-Hong;Son, Kwon;Seo, Kuk-Woong;Park, Young-Hoon
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.792-795
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2007
To quantify irregular body motions the time series analysis was applied to the gait study. The motions obtained from gait experiment are complex to exhibit nonlinear behaviors. The purpose of this study is to measure quantitatively the characteristics of the major six joints of the body during walking. The gait experiments were carried out for eighteen young males walking on a motor driven treadmill. Joint motions were captured using eight video cameras, and then three dimensional kinematics of the neck and the upper and lower extremities were computed by KWON 3D motion analysis software. The largest Lyapunov exponent was calculated from the time series to quantify stabilities of each joint. The results provides a data set of nonlinear dynamic characteristics for six joints engaged in normal walking.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1900-1906
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2000
In this study, the vibration screening effectiveness of barriers which can isolate structures from ground-transmitted vibration generated by harmonic forces is performed. For high frequencies, the vibration screening effectiveness of barriers is analyzed from field tests, and compared with the results from numerical analyses using a commercial program, ANSYS. Using these numerical analysis procedures, the effectiveness for vibration with various low frequencies is predicted. The frequency analysis tests of surface waves are performed in order to estimate the dynamic material properties of soil for 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, and 250 Hz. Three-dimensional solid elements are used in order to consider the diffraction of waves in all directions. Spring-damper combination elements are used in order to avoid the reflection of waves on the boundary. The results of numerical analysis agree with those of field tests. From the results of this numerical analyses, the reduction of vibration for low frequencies induced by the traffic loads can be predicted.
The claw-pole PM(Permanent Magnet) stepping motor has the advantage of the positioning machine because of a relatively little step angle, facility of control, and detent torque characteristics. Although the research about this motor has been progressed, it was difficult to analyze because of three-dimensional magnetic circuit. This paper performed analysis of the static and dynamic characteristics of the claw-pole PM stepping motor using 3D-FEM(Finite Element Method). We also manufactured the test products and practiced performance tests for verification of the analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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