Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.821-826
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2011
CAE-based structural optimization techniques are applied for the design of a lightweight crane. The boom of the crane is designed by shape optimization with the shape of the cross section of the boom as the design variable. The design objective is mass minimization, and the static strength and dynamic stiffness of the system are set as the design constraints. Hyperworks, a commercial analysis and optimization software, is used for shape and topology optimization. In order to consistently change the shape of the elements of the boom with respect to the change in the shape of its cross section, the morphing function in Hyperworks is used. The support of the boom of the original model is simplified to model the design domain for topology optimization, which is discretized by using three-dimensional solid elements. The final result after shape and topology optimization is 19% and 17% reduction in the masses of the boom and support, respectively, without a deterioration in the system stiffness.
The Expo Culture Centre is one of the permanent buildings at the World Expo 2010 in Shanghai, China. The main structure has an oval shape and consists of 36 radial cantilever steel trusses with different lengths and inner frames made of concrete-filled rectangular steel tube members. Tuned mass dampers are used to reduce the excessive vibrations of the sixth floor that are caused by human-induced resonance. A three-dimensional analytical model of the system is developed, and its main characteristics are established. A series of field tests are performed on the structure, and the test results show that the vertical vibration frequencies of most structural cantilevers are between 2.5 Hz and 3.5 Hz, which falls in the range of human-induced vibration. Twelve pairs of tuned mass dampers weighing 115 tons total were installed in the structure to suppress the vibration response of the system. These mass dampers were tuned to the vertical vibration frequency of the structure, which had the highest possibility of excitation. Test data obtained after the installation of the tuned mass dampers are used to evaluate their effectiveness for the reduction of the vibration acceleration. An analytical model of the structure is calibrated according to the measured dynamic characteristics. An analysis of the modified model is performed and the results show that when people walk normally, the structural vibration was low and the tuned mass dampers have no effect, but when people run at the structural vibration frequency, the tuned mass dampers can reduce the floor vibration acceleration by approximately 15%.
Jo, Myoung-Hwan;Kim, Nak-Seok;Nam, Young-Ho;Im, Jong-Hyuk
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.1
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pp.39-45
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2008
The most important elements in flexible pavement design criteria are stress and strain distributions. To obtain reasonable stress and strain distributions in pavements, moving wheel loads must be applied to analyze the pavement responses. In this study, finite element analysis was used to identify the three-dimensional states using the vehicle load into a constant-position / time-variable load (25, 50 and 80km/hr). In an elastic system, the strain is the same in both longitudinal and transverse directions under a single wheel. However, the same is not necessary in a viscoelastic system. Test results showed that the maximum values between transverse and longitudinal strains the bottom of asphalt concrete base layers under 25km/hr were were about 40 percent.
In past major earthquakes (1994 Northridge, 1995 Kobe, Chi-Chi 1999, Kocaeli 1999), significant damages occurred in the liquid storage tanks. The basic failure patterns were observed to be the buckling of the tank wall and uplift of the anchorage system. The damages in the industrial facilities and nuclear power plants have caused the spread of toxic substances to the environment and significant fires. Seismic isolation can be used in liquid storage tanks to decouple the structure and decrease the structural demand in the superstructure in case of ground shaking. Previous studies on the use of seismic isolation systems on liquid storage tanks show that an isolation system reduces the impulsive response but might slightly increase the convective one. There is still a lack of understanding of the seismic response of seismically isolated liquid storage tanks considering the fluid-structure interaction. In this study, one broad tank, one medium tank, and one slender tank are selected and designed. Two- and three-dimensional elastomeric bearings are used as seismic isolation systems. The seismic performance of the tanks is then investigated through nonlinear dynamic time-history analyses. The effectiveness of each seismic isolation system on tanks' performance was investigated. Isolator tension forces, modal analysis results, hydrodynamic stresses, strains, sloshing heights and base shear forces of the tanks are compared. The results show that the total base shear is lower in 3D-isolators compared to 2D-isolators. Even though the tank wall stresses, and strains are slightly higher in 3D-isolators, they are more efficient to prevent the tension problem.
AliAsghar Moslemi Beirami;Vadim V. Ponkratov;Amir Ebrahim Akbari Baghal;Barno Abdullaeva;Mohammadali Nasrabadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.159-168
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2023
Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.
Journal of the Economic Geographical Society of Korea
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v.21
no.1
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pp.20-33
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2018
Population distribution in urban space varies with transportation flow changing along time of day. Transportation flow is directly affected by the activities of urbanites and the distribution of related facilities, since the flow is the result of moving to the point where the facilities associated with their activities are located. It is thus necessary to analyze the spatio-temporal characteristics of the urban population distribution by integrating the distribution of activity spaces related to the daily life of urbanites and the flow of transportation. The purpose of this study is to analyze the population distribution in urban space with daily and weekly time bases using the building database and T-card database in the city of Seoul, which is rich in information on land use and transportation flow. For a time-based analysis that is difficult to grasp by general statistical techniques, a four-dimensional visualization method combining time and space using a Java program is devised. Dynamic visualization in the four-dimensional space and time allows intuitive analysis and makes it possible to understand more effectively the spatio-temporal characteristics of population distribution. For this purpose, buildings are classified into three activity groups: residential, working, and commercial according to their purpose, and the number of passengers traveling to and from each stop site of bus and subway networks in the T-card database for one week is calculated in one-minute increments, Visualizing these and integrating transportation and land use, we analyze spatio-temporal characteristics of the population distribution in Seoul. As a result, it is found that the population distribution of Seoul displays distinct spatio-temporal characteristics according to land use. In particular, there is a clear difference in the population distribution pattern along the time axis according to the mixed aspects of working, commercial, and residential activities. The results of this study can be very useful for transportation and location planning of city facilities.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.4
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pp.21-32
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2004
A Seismic analysis procedure of bi-directional brideg motions is developed by using mechanical bridge model. A three-dimensional mechanical model can consider major phenomena under bi-directional seismic excitations, such as nonlinear pier motion under biaxial bending, pounding and bearing damage due to the rotaion of the superstructure, etc. The analyses utilizing the uni-directional and the bi-directional bridge model for the 3-span simply supported bridge are then performed. The seismic responses in two cases are examined and compared by investigating the relative displacements of each superstructure to both ground and adjacent superstructures and the restoring forces of RC pier. The analysis using either the uni-directional model or bi-directional model is acceptable for estimating the displacement responses of a bridge, but the bi-directional analysis is found to give more conservative results for resisting forces of RC piers. To make general conclusions, therefore, the analysis using the bi-directional bridge model should be performed in evaluating the seismic safety of bridges.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.439-445
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2013
The soil-structure interaction(SSI) effect should be considered to accurately assess the seismic response of structure constructed on soft soil site other than the hard bedrock. Recently, the demand of SSI analysis has increased due to strengthening of the regulatory guidelines of nuclear power plant such as the USNRC SRP 3.7.2. In this study an accuracy and running time of the KIESSI-3D program for large-scale 3D SSI analysis were investigated. The seismic SSI analysis using the KIESSI-3D program was performed for several examples of large-scale three-dimensional soil-structure interaction system. The analysis results were compared with those of the ACS/SASSI program. Good agreements in transfer functions at selected locations showd that KIESSI-3D yields accurate solution for large-scale SSI problem. Moreover, it was found that running speed of the KIESSI-3D for large-scale 3D SSI analysis is much faster than that of the ACS/SASSI about 30~2000 times.
This paper proposes a new hybrid support structure by the driven piles which removes disadvantages of the existing type of support structure for offshore wind turbines. The hybrid type of support structure is combined with concrete cone and steel shaft, and is supported not only by gravity type foundations but also by driven piles. For three dimensional analysis of the huge and thick concrete structure, a solid-shell element that is capable of exact modeling and node interpolations of stresses is developed. By applying wave theory of stream function and solid-shell element in XSEA simulation software for fixed offshore wind turbines, a quasi-static analysis and natural frequency analysis of proposed support structure are performed with the environmental condition on Southwest Coast in Korea. In the result, lateral displacement is not exceed allowable displacement and a superiority of dynamic behavior of new hybrid support structure is validated by natural frequency analysis. Consequently, the hybrid support structure presented in this study has a structural stability enough to be applied on real-site condition in Korea. The optimized structures based on the preliminary design concept resulted in an efficient structure, which reasonably reduces fabrication costs.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.3
no.3
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pp.27-37
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1983
A method of dynamic analysis is developed for torsional free vibrations of elliptical-box girder type or stiffening truss system suspension bridge. In this study, the method based on a finite element technique using a digital computer, is illustrated by two numerical examples, the Namhae Bridge which is located in Kyungsang nam-do opened on June, 1973, and the Mt. Chunma Bridge is simple span pedestrian's suspension bridge with lateral bracing system in Mt. Chunma, Kyungki-do, are used. In general, dynamic modes of complex suspension bridges are three-dimensional in form, i.e., coupling between vertical and torsional motions. However, introduced that amplitudes of oscillation are infinitesimal for coincidence with the purpose of it's use, thereupon, the torsional vibration analyses are treated without coupling terms. A sufficient number of natural frequencies and mode shapes for torsional free vibration are presented in this paper. In the case of Mt. Chunma Bridge, the natural frequencies and periods are computed with and without reinforcement, respectively, and compared their discrepancies. The influence of the auxiliary reinforcing cables is prevailing in the first few modes, namely, 1st and 2nd in symmetric and 1st, 2nd and 3rd in antisymmetric vibration, and conspicuous in the symmetric compared with the antisymmetric motion, but in the higher modes, this kind of simple accessory elucidates rether converse effects. In the Namhae Bridge, the results are compared with the Manual's obtained by wind tunnel test. It reveals commendable agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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