The main purpose of this study is to discuss the design wind loads for the structural frames of single-layer latticed domes with long spans. First, wind pressures are measured simultaneously at many points on dome models in a wind tunnel. Then, the dynamic response of several models is analyzed in the time domain, using the pressure data obtained from the wind tunnel experiment. The nodal displacements and the resultant member stresses are computed at each time step. The results indicate that the dome's dynamic response is generally dominated by such vibration modes that contribute to the static response significantly. Furthermore, the dynamic response is found to be almost quasi-static. Then, a series of quasi-static analyses, in which the inertia and damping terms are neglected, is made for a wide range of the dome's geometry. Based on the results, a discussion is made of the design wind load. It is found that a gust effect factor approach can be used for the load estimation. Finally, an empirical formula for the gust effect factor and a simple model of the pressure coefficient distribution are provided.
Khabakhpasheva, Tatyana;Chen, Yang;Korobkin, Alexander;Maki, Kevin
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.146-162
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2018
The unsteady problem of a rigid body impact onto a floating plate is studied. Both the plate and the water are at rest before impact. The plate motion is caused by the impact force transmitted to the plate through an elastic layer with viscous damping on the top of the plate. The hydrodynamic force is calculated by using the second-order model of plate impact by Iafrati and Korobkin (2011). The present study is concerned with the deceleration experienced by a rigid body during its collision with a floating object. The problem is studied also by a fully-nonlinear computational-fluid-dynamics method. The elastic layer is treated with a moving body-fitted grid, the impacting body with an immersed boundary method, and a discrete-element method is used for the contact-force model. The presence of the elastic layer between the impacting bod- ies may lead to multiple bouncing of them, if the bodies are relatively light, before their interaction is settled and they continue to penetrate together into the water. The present study is motivated by ship slamming in icy waters, and by the effect of ice conditions on conventional free-fall lifeboats.
Kim, Mun-Hyeon;Gang, Yeong-Gyu;Park, Hyeon-Cheol;Hwang, Un-Bong;Han, Gyeong-Seop
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.10
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pp.3173-3185
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1996
Multi-model vibration control of laminated composites plates for various fiver orientations has been carried out by making use of piezolectric materials(PZT) as sensors and actuators. Cantilever plate is used as a specimen to test multi-modal vibration supression under random exitation. Impulse technique is applied to determine the natural frequency, the damping ratio(.zeta.) and the modal damping(2.zeta..omega.) of the first bending and the trosion modes. Two independent controllers are implemented to control the two modes simultaneously and established digitally on the basis of the direct negative velocity feedback control with collocated sensor/actuator. Experimental results for various fiber orientations and feedback gains are compared with finite element analysis considering stiffnesses and dampings of piezoeletiric sensors, actuators and bonding layer.
This is the first of two companion papers that analyse ten years of on-site monitoring data for the Confederation Bridge to determine the validity of the original wind speeds and wind loads predicted in 1994 when the bridge was being designed. The check of the original design values is warranted because the design wind speed at the middle of Northumberland Strait was derived from data collected at shore-based weather stations, and the design wind loads were based on tests of section and full-aeroelastic models in the wind tunnel. This first paper uses wind, tilt, and acceleration monitoring data to determine the static and dynamic responses of the bridge, which are then used in the second paper to derive the static and dynamic wind loads. It is shown that the design ten-minute mean wind speed with a 100-year return period is 1.5% less than the 1994 design value, and that the bridge has been subjected to this design event once on November 7, 2001. The dynamic characteristics of the instrumented spans of the bridge including frequencies, mode shapes and damping are in good agreement with published values reported by others. The on-site monitoring data show bridge response to be that of turbulent buffeting which is consistent with the response predicted at the design stage.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.362-369
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2011
In this paper, optimal deep reactive ion etching (DRIE) process conditions for fused quartz were experimentally determined by Taguchi method, and fused quartz-based micro cantilevers were fabricated. In addition, comparative study on Q-factors of fused quartz and silicon micro cantilevers was performed. Using a silicon layer as an etch mask for fused quartz DRIE process, different 9 flow rate conditions of $C_4F_8$, $O_2$ and He gases were tested and the optimum combination of these factors was estimated. Micro cantilevers based on fused quartz were fabricated from this optimal DRIE condition. Through conventional silicon DRIE process, single-crystalline silicon micro cantilevers whose dimensions were similar to those of quartz cantilevers were also fabricated. Mechanical Q-factors were calculated to compare intrinsic damping properties of those two materials. Resonant frequencies and Q-factors were measured for the cantilevers having fixed widths and thicknesses and different lengths. The Q-factors were in a range of 64,000 - 108,000 for fused quartz cantilevers and 31,000 - 35,000 for silicon cantilevers. The experimental results supported that fused quartz had a good intrinsic damping property compared to that of single crystalline silicon.
Marante, Maria E.;Barreto, Wilmer J.;Picon, Ricardo A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.5
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pp.545-552
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2019
The analysis and design of complex structures like sandwich-panel elements are difficult; the use of finite element method for the analysis is complicated and time consuming when non-linear effects are considered. On the other hand, artificial neural network (ANN) models can capture the non-linear effects and its application requires lesser computational demand. Two ANN models were trained, tested and validated to compute the force for a given displacement of a sandwich-type roof element; 2555 force and element deformation pairs were used for training the ANN models. For the models trained without considering the damping effect, there were two values in the input layer: maximum displacement and current displacement, and for the model considering damping, displacement from the previous step was used as an additional input. Totally, 400 ANN models were trained. Results show that there is a good agreement between the experimental and simulated data, and the models showed a good performance with a mean square error value of 4548.85. Both the ANN models could simulate the inelastic behaviour, loss of rigidity, and evolution of permanent displacements. The models could also interpolate and extrapolate, which enables them to be used as an analysis and design tool for such complex elements.
Visco-Plastic Damper (VPD) as a passive energy dissipation device with dual behavior has been recently numerically studied. It consists of two bent steel plates and segments with a viscoelastic solid material in between, combining and improving characteristics of both displacement-dependent and velocity-dependent devices. In order to trust the performance of VPD, for the 1st time this paper experimentally investigates prototype damper behavior under a wide range of frequency and amplitude of dynamic loading. A high-axial damping rubber is innovatively proposed as the viscoelastic layer designed to withstand large axial strains and dissipate energy accordingly. Test results confirmed all assumptions about VPD. The behavior of VPD subjected to low levels of excitation is elastic while with increasing levels of excitation, a significant source of energy dissipation is provided through the yielding of the steel elements in addition to the viscoelastic energy dissipation. The results showed energy dissipation of 99.35 kN.m under a dynamic displacement with 14.095 mm amplitude and 0.333 Hz frequency. Lateral displacement at the middle of the device was created with an amplification factor obtained ranging from 2.108 to 3.242 in the rubber block. Therefore, the energy dissipation of viscoelastic material of VPD was calculated 18.6 times that of the ordinary viscoelastic damper.
Luo, Jijun;Lv, Meng;Hou, Suxia;Nasihatgozar, Mohsen;Behshad, Amir
Advances in nano research
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v.13
no.4
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pp.369-378
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2022
Dynamic study of concrete plates under impact load is presented in this article. The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete plates under the impact load. The concrete plate is reinforced by carbon nanoparticles which the effective material proprieties are obtained by mixture's rule. Impacts are assumed to occur normally over the top layer of the plate and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the classical plate theory (CPT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure are calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of the impactor, volume percent of nanoparticles, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the volume percent of nanoparticles yields to decreases in the deflection.
Al$_2$O$_3$-TiO$_2$powders of six different compositions were plasma-sprayed on Ti substrate. The spray powders and the spray coated layers were analysed and compared using SEM and X-RD. The elastic properties (specific elastic constant and damping coefficient) of the coated specimens were measured in order to select the optimum composition range of ceramics for use in a speaker diaphragm. A correlation between the microstructure and elastic properties was also investigated. When $Al_2$O$_3$powders with 0- 13% TiO$_2$were plasma sprayed, the coated layers were composed of metastable y-Al$_2$O$_3$with small amount of $\alpha$-Al$_2$O$_3$and the content of $\alpha$-Al$_2$O$_3$was increased with TiO$_2$content. Specific elastic constant was rapidly increased with 2 and 13% TiO$_2$addition to $Al_2$O$_3$. The internal damping was nearly unchanged with TiO$_2$content The specific elastic constant seemed to be dependent on the content of $\alpha$-Al$_2$O$_3$in the coated layer.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.71-76
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2017
The roll damping problem in the design of ships and offshore structures remains a challenge to many researchers due to the fluid viscosity and nonlinearity of the phenomenon itself. In this paper, the study on viscous roll damping of a circular cylinder was carried out using forced oscillations. The roll moment generated by forced oscillation using a torque sensor was measured for each forced oscillation period and compared with the empirical formula. Although the magnitude of the measured torque from the shear force was relatively small, the results were qualitatively similar to those obtained from the empirical formula, and showed good agreement with the quantitative results in some oscillation periods. In addition, the flow around the circular cylinder wall was observed closely through the PIV measurements. Owing to the fluid viscosity, a boundary layer was formed near the wall of the circular cylinder, and a minute wave was generated by periodical forced oscillations at the free surface through the PIV measurement. In this study, the suitability of the empirical formula for the roll moment caused by viscous roll damping was verified by model tests. The wave making phenomenon due to the fluid viscosity around the wall of a circular cylinder was testified by PIV measurements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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