A modeling method for the vibration analysis of rotating multi-blade systems considering the coupling stiffness effect is presented in this paper. Blades are assumed as cantilever beams and the coupling stiffness effect originates from disc or shroud between blades. As the angular speed, hub radius ratio, and the coupling stiffness vary, the natural frequencies of the system vary. Numerical results show that the coupling stiffness is very important to estimate the natural frequencies. Along with the natural frequencies, associated mode shapes, critical angular speed, and critical hub radius ratio are obtained through the analysis.
A modeling method for the vibration analysis of rotating multi-blade systems considering the coupling stiffness effect is presented in this paper. Blades are assumed as cantilever beams and the coupling stiffness effect originates from disc or shroud between blades. As the angular speed, hub radius ratio, and the coupling stiffness vary, the natural frequencies of the system vary. Numerical results show that the coupling stiffness is very important to estimate the natural frequencies. Along with the natural frequencies, associated mode shapes, critical angular speed, and critical hub radius ratio are obtained through the analysis.
Ring Sector Plate Supported by Elastic Beam Although all the reinforced concrete circular ring sector plates are elastically supported, it is conventional to simplify their supporting conditions as fixed or simply-supported ones assuming that their supporting beam has infinite stiffness. However, in order to obtain a precise solution, it should be required to consider the stiffness of their supporting beam. As a methodological improvement to the precise analysis, "Reinforced Concrete Model" previously developed by the author was applied to the structural analysis of the reinforced concrete circular ring sector plates with elastically supported beam. The results of analysis in the cases under various conditions of open angle, steel ratio, relative stiffness(EI/DL) between plate and supporting beam were summarized as follows ; 1.Although the effect of relative stiffness between plate and supporting beam varies depending on the magnitude of open angle, in general, it shows the largest when not more than 5.0 and negligible when not less than 10.0. Therefore, it would be considered as fixed supporting condition :in the case of its open angle of 0$^{\circ}$rectangular plates), its stiffness ratio being not less than 10.0 and in the other case of its open angle of 30$^{\circ}$, its stiffness ratio being not less than 5.0. 2.In the rectangular plates, the effect of steel ratio is considerable in no supporting condition, but neglible in the supporting condition. So, the effect of steel ratio should be negligible in the case of the elastically supported circular ring sector plates. 3.However, the effect of steel ratio is much more considerable in the case of the fixed supported circular plates, especially, when steel ratio being not more than 1.0% and stiffness ratio being smaller. So, the effect of steel ratio should be considered in the analysis of reinforced concreate circular ring sector plates with fixed conditions. 4.The effect of open angle is greater in the case of without-supporting beam conditions. However, in the other case of with-supporting beam conditions, the effect is a little bit when open angle of not more than 300 and negligible when open angle of not more than 30$^{\circ}$.
Lou, Tiejiong;Lopes, Sergio M.R.;Lopes, Adelino V.
Computers and Concrete
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제15권3호
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pp.373-389
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2015
The development of a finite element model for the geometric and material nonlinear analysis of bonded prestressed concrete continuous beams is presented. The nonlinear geometric effect is introduced by the coupling of axial and flexural fields. A layered approach is applied so as to consider different material properties across the depth of a cross section. The proposed method of analysis is formulated based on the Euler-Bernoulli beam theory. According to the total Lagrangian description, the constructed stiffness matrix consists of three components, namely, the material stiffness matrix reflecting the nonlinear material effect, the geometric stiffness matrix reflecting the nonlinear geometric effect and the large displacement stiffness matrix reflecting the large displacement effect. The analysis is capable of predicting the nonlinear behaviour of bonded prestressed concrete continuous beams over the entire loading stage up to failure. Some numerical examples are presented to demonstrate the validity and applicability of the proposed model.
할선강성을 이용하여 모멘트저항골조의 모멘트재분배를 수행하는 선형해석법을 연구하였다. 제안된 방법에서는 모멘트재분배가 요구되는 부재의 소성힌지에 회전스프링을 모델링한 후, 이 스프링의 할선 강성을 조정하여 비탄성변형으로 인해 저감된 부재의 휨강성을 반영한다. 회전스프링의 할선강성을 조정하여 선형해석한 결과, 해당 부재와 전체 구조물에서 힘의 평형이 만족될 때까지 계산을 반복한다. 할선강성해석을 통해, 소성힌지의 비탄성변형에 의한 하중의 재분배가 고려될 수 있으며, 해당 소성힌지에서의 요구회전변형이 변형능력을 초과하지 않는지 비교함으로써 안전성을 평가할 수 있다. 검증을 위해, 제안된 방법은 기존의 연속보에 대한 실험연구와 비교되었으며, 기존건물의 평가에 적용되었다.
Jing Bian;Xuhong Zhou;Ke Ke;Michael C.H. Yam;Yuhang Wang;Zi Gu;Miaojun Sun
Smart Structures and Systems
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제31권3호
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pp.213-227
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2023
A passive prismatic-shaped isolation platform (PIP) is proposed to realize enhanced quasi-zero stiffness (QZS) effect. The design concept uses a horizontal spring to produce a tunable negative stiffness and installs oblique springs inside the cells of the prismatic structure to provide a tunable positive stiffness. Therefore, the QZS effect can be achieved by combining the negative stiffness and the positive stiffness. To this aim, firstly, the mathematical modeling and the static analysis are conducted to demonstrate this idea and provide the design basis. Further, with the parametric study and the optimal design of the PIP, the enhanced QZS effect is achieved with widened QZS range and stable property. Moreover, the dynamic analysis is conducted to investigate the vibration isolation performance of the proposed PIP. The analysis results show that the widened QZS property can be achieved with the optimal designed structural parameters, and the proposed PIP has an excellent vibration isolation performance in the ultra-low frequency due to the enlarged QZS range. Compared with the traditional QZS isolator, the PIP shows better performance with a broader isolation frequency range and stable property under the large excitation amplitude.
Very Large Floating Structure(VLFS) is regarded as one of promising candidates for the future utilization of ocean space. VLFS has the merits of small environmental effect. short construction term, easiness for extension and removal. It is well known that hydroelastic response is one of major design concerns of such a huge structure. Most of studies on the hydroelastic analysis of VLFS assumed uniform mass and bending stiffness. In case of a floating hotel where noticeable change of mass and stiffness at the hotel part is expected. it is necessary to investigate the effect of nonuniform mass and bending stiffness on the hydroelastic response. A model test of a pontoon type VLFS with nonuniform bending stiffness carried out for performance evaluation of a floating marina-hotel-convention center is described in this paper. Through investigation of model test results and comparison with numerical analysis using eigenfunction method, effect of the variation of bending stiffness is discussed.
This study addresses the effect of pre-stressed cables on a pre-stressed mega-braced steel frame through employing static analysis and pushover analysis. The performances of a pre-stressed mega-braced steel frame and a pure steel frame without mega-braces are compared in terms of base shear, ductility, and failure mode. The influence of the cable parameters is also analyzed. Numerical results show that cable braces can effectively improve the lateral stiffness of a pure frame. However, it reduces structural ductility and degenerates structural pre-failure lateral stiffness greatly. Furthermore, it is found that 20% fluctuation in the cable pretension has little effect on structural ultimate bearing capacity and lateral stiffness. As comparison, 20% fluctuation in the cable diameter has much greater impact.
Cables are used in many applications such as cable-stayed bridges, suspension bridges, transmission lines, telephone lines, etc. Generally, the linear relationship is inadequate to present the behavior of cable structure. In finite element analysis, cables have always been modeled as truss elements. For these types of model, the nonlinear behavior of cables has been always ignored. In order to investigate the importance of the nonlinear effect on the structural system, the effect of cable stiffness has been studied. The nonlinear behavior of cable is due to its sag. Therefore, the cable pretension provides a large portion of the inherent stiffness. Since a cable-stayed bridge has numerous degrees of freedom, analytical methods at present are not convenient to solve this type of structures but numerical methods may be feasible. It is necessary to provide a different and more representative analytical model in order to present the effect of cable stiffness on cable-stayed bridges in numerical analysis. The characteristics of cable deformation have also been well addressed. A formulation of modified modulus of elasticity has been proposed using a numerical parametric study. In order to investigate realistic bridges, a cable-stayed bridge having the geometry similar to that of Quincy Bayview Bridge is considered. The numerical results indicate that the characteristics of the cable stiffness are strongly nonlinear. It also significantly affects the structural behaviors of cable-stayed bridge systems.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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