Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.3
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pp.103-110
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2021
A shake table test is conducted for the three-story reinforced concrete building structure using 0.28 g, 0.5 g, 0.75 g, and 1.0 g of seismic input motions based on the Gyeongju earthquake. Computational efforts are made in parallel to explore the mechanical details in the structure. For engineering practice, the elastic modulus of concrete and rebar in the dynamic analysis is reduced to 38% and 50%, respectively, to calibrate the structure's natural frequencies. The engineering approach to the reduced modulus of elasticity is believed to be due to the inability to specify the flexibility of the actual boundary conditions. This aspect may lead to disadvantages of nonlinear dynamic analysis that can distort local stress and strain relationships. The initial elastic modulus can be applied directly without the so-called engineering adjustment with infinite element models with spring and spring-dashpot boundary conditions. This has the advantage of imposing the system flexibility of the structure on the sub-boundary conditions of springs and damping devices to control its sensitivity in a serial arrangement. This can reflect the flexibility of realistic boundary conditions and the effects of system damping (such as the gap between a concrete footing and shake table, loosening of steel anchors, etc.) in scalar quantities. However, these spring and dashpot coefficients can only be coordinated based on experimental results, making it challenging to select the coefficients in-prior to perform an experimental test.
International Journal of Reliability and Applications
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v.17
no.2
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pp.137-147
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2016
The engine mount of a car subjected to a pre-load related to the weight of the engine, and acts to insulate the vibration coming from the engine by moving on large or small displacement depending on the driving condition of the car. The vibration insulation of the engine mount is an effect obtained by dissipating the mechanical energy into heat by the viscosity characteristic of the rubber and the microscopic behavior of the additive carbon black. Therefore, dynamic stiffness from the intrinsic properties of rubber filled with carbon black at the design stage is an important design consideration. In this paper, we introduced a hyper-elastic, visco-elastic and elasto-plastic model to predict the dynamic characteristics of rubber, and developed a fitting program to determine the material model parameters using MATLAB. The dynamic characteristics analysis of the rubber insulator of the ACTIVE MOUNT was carried out by using MSC.MARC nonlinear structural analysis software, which provides the dynamic characteristics material model. The analysis results were compared with the dynamic characteristics test results of the rubber insulator, which is one of the active mount components, and the analysis results were confirmed to be valid.
Refat, Mohamed;Zappino, Enrico;Sanchez-Majano, Alberto Racionero;Pagani, Alfonso
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.9
no.4
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pp.301-318
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2022
This paper presents the free vibration analysis of 3D printed sandwich beams by using high-order theories based on the Carrera Unified Formulation (CUF). In particular, the component-wise (CW) approach is adopted to achieve a high fidelity model of the printed part. The present model has been used to build an accurate database for collecting first natural frequency of the beams, then predicting Young's modulus based on an inverse problem formulation. The database is built from a set of randomly generated material properties of various values of modulus of elasticity. The inverse problem then allows finding the elastic modulus of the input parameters starting from the information on the required set of the output achieved experimentally. The natural frequencies evaluated during the experimental test acquired using a Digital Image Correlation method have been compared with the results obtained by the means of CUF-CW model. The results obtained from the free-vibration analysis of the FDM beams, performed by higher-order one-dimensional models contained in CUF, are compared with ABAQUS results both first five natural frequency and degree of freedoms. The results have shown that the proposed 1D approach can provide 3D accuracy, in terms of free vibration analysis of FDM printed sandwich beams with a significant reduction in the computational costs.
Raj, F. Michael;Nagarajan, V.A.;Elsi, S. Sahaya;Jayaram, R.S.
Steel and Composite Structures
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v.22
no.1
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pp.13-24
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2016
In the present paper, glass fibers are substituted partially with monofilament fishnet and polyester matrix for making the composites. The composite specimens were prepared in accordance with ASTM for analyzing the flexural strength and dynamic mechanical properties. Furthermore, machinability revealed the interaction of glass fiber and partial substituted monofilament fishnet fiber with the matrix. Fiber pullouts on the fractured specimen during the physical testing of the composites are also investigated by COSLAB microscope. The results reveal that the fishnet based composites have appreciably higher flexural properties. Furthermore, the glass fiber, woven roving and fishnet composite has more storage modulus and significant mechanical damping. The composite specimens were fabricated by hand lay-up method. Hence, these composites are the possible applications to develop the value added products. The results of this study are presented.
Dynamic analyses for a suite of ground of motions were conducted on concrete gravity dam sections to examine the earthquake induced stresses and effective damping. For this purpose, frequency domain methods that rigorously incorporate dam-reservoir-foundation interaction and time domain methods with approximate hydrodynamic foundation interaction effects were employed. The maximum principal tensile stresses and their distribution at the dam base, which are important parameters for concrete dam design, were obtained using the frequency domain approach. Prediction equations were proposed for these stresses and their distribution at the dam base. Comparisons of the stress results obtained using frequency and time domain methods revealed that the dam height and ratio of modulus of elasticity of foundation rock to concrete are significant parameters that may influence earthquake induced stresses. A new effective damping prediction equation was proposed in order to estimate earthquake stresses accurately with the approximate time domain approach.
This paper deals with flexural vibration techniques as a means of predicting bending strength properties for quarter-sawn and flat-sawn planes of red pine containing knots. Dynamic modulus of elasticity $(MOE_d)$ was calculated from resonance frequency obtained from the flexural vibration induced by a magnetic driver in quarter-sawn and flat-sawn planes of red pine containing knots. The dynamic MOE were well correlated to bending strength properties. Their correlation coefficients ranged from 0.866 to 0.800 for the regression between dynamic MOE and static bending MOE or MOR. The difference of the values between quarter-sawn and flat-sawn was very small. These values were higher than correlation between percentage of total knot diameter to total width of red pine specimen $(K_T(%))$ as well as $K_O(%)$ base upon ASTM D 3737 and static bending strength properties (correlation coefficient r = 0.448~0.704), and were similar to those between static bending MOE and bending MOR (r = 0.850). These results indicate that dynamic MOE obtained from resonance frequency induced by flexural vibration of magnetic driver is able to effectively use for predicting of static bending strength of red pine containing knots as well as static MOE.
The aim of this study was to measure the initial dynamic modulus changes of light cured composites using a custom made rheometer. The custom made rheometer consisted of 3 parts: (1) a measurement unit of parallel plates made of glass rods, (2) an oscillating shear strain generator with a DC motor and a crank mechanism, (3) a stress measurement device using an electromagnetic torque sensor. This instrument could measure a maximum torque of 2Ncm, and the switch of the light-curing unit was synchronized with the rheometer. Six commercial composite resins [Z-100 (Z1), Z-250 (Z2), Z-350 (Z3), DenFil (DF), Tetric Ceram (TC), and Clearfil AP-X (CF)] were investigated. A dynamic oscillating shear test was undertaken with the rheometer. A certain volume ($14.2\;mm^3$) of composite was loaded between the parallel plates, which were made of glass rods (3 mm in diameter). An oscillating shear strain with a frequency of 6 Hz and amplitude of 0.00579 rad was applied to the specimen and the resultant stress was measured. Data acquisition started simultaneously with light curing, and the changes in visco-elasticity of composites were recorded for 10 seconds. The measurements were repeated 5 times for each composite at $25{\pm}0.5^{\circ}C$. Complex shear modulus G*, storage shear modulus G', loss shear modulus G" were calculated from the measured strain-stress curves. Time to reach the complex modulus G* of 10 MPa was determined. The G* and time to reach the G* of 10 MPa of composites were analyzed with One-way ANOVA and Tukey's test ($\alpha$ = 0.05). The results were as follows. 1. The custom made rheometer in this study reliably measured the initial visco-elastic modulus changes of composites during 10 seconds of light curing. 2. In all composites, the development of complex shear modulus G* had a latent period for $1{\sim}2$ seconds immediately after the start of light curing, and then increased rapidly during 10 seconds. 3. In all composites, the storage shear modulus G" increased steeper than the loss shear modulus G" during 10 seconds of light curing. 4. The complex shear modulus of Z1 was the highest, followed by CF, Z2, Z3, TC and DF the lowest. 5. Z1 was the fastest and DF was the slowest in the time to reach the complex shear modulus of 10 MPa.
Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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v.34
no.2
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pp.261-277
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2020
The main objective of this research paper is to consider vibration analysis of vacancy defected graphene sheet as a nonisotropic structure via molecular dynamic and continuum approaches. The influence of structural defects on the vibration of graphene sheets is considered by applying the mechanical properties of defected graphene sheets. Molecular dynamic simulations have been performed to estimate the mechanical properties of graphene as a nonisotropic structure with single- and double- vacancy defects using open source well-known software i.e., large-scale atomic/molecular massively parallel simulator (LAMMPS). The interactions between the carbon atoms are modelled using Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order (AIREBO) potential. An isogeometric analysis (IGA) based upon non-uniform rational B-spline (NURBS) is employed for approximation of single-layered graphene sheets deflection field and the governing equations are derived using nonlocal elasticity theory. The dependence of small-scale effects, chirality and different defect types on vibrational characteristic of graphene sheets is investigated in this comprehensive research work. In addition, numerical results are validated and compared with those achieved using other analysis, where an excellent agreement is found. The interesting results indicate that increasing the number of missing atoms can lead to decrease the natural frequencies of graphene sheets. It is seen that the degree of the detrimental effects differ with defect type. The Young's and shear modulus of the graphene with SV defects are much smaller than graphene with DV defects. It is also observed that Single Vacancy (SV) clusters cause more reduction in the natural frequencies of SLGS than Double Vacancy (DV) clusters. The effectiveness and the accuracy of the present IGA approach have been demonstrated and it is shown that the IGA is efficient, robust and accurate in terms of nanoplate problems.
To evaluate the performance of concrete load bearing walls in a structure under horizontal loads after being exposed to real fire, two steps were followed. In the first step, an experimental study was performed on the thermo-mechanical properties of concrete after heating to temperatures of 200-1000℃ with the purpose of determining the residual mechanical properties after cooling. The temperature was increased in line with natural fire curve in an electric furnace. The peak temperature was maintained for a period of 1.5 hour and then allowed to cool gradually in air at room temperature. All specimens were made from calcareous aggregate to be used for determining the residual properties: compressive strength, static and dynamic elasticity modulus by means of UPV test, including the mass loss. The concrete residual compressive strength and elastic modulus values were compared with those calculated from Eurocode and other analytical models from other studies, and were found to be satisfactory. In the second step, experimental analysis results were then implemented into structural numerical analysis to predict the post-fire load-bearing capacity response of the walls under vertical and horizontal loads. The parameters considered in this analysis were the effective height, the thickness of the wall, various support conditions and the residual strength of concrete. The results indicate that fire damage does not significantly affect the lateral capacity and stiffness of reinforced walls for temperature fires up to 400℃.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.6
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pp.148-156
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2018
The integrity assessment of the bridge behavior is generalized by field data of a static load-deformation curve and dynamic properties such as impact factors and natural frequencies. Evaluating it with numerical analysis is a reasonable method. The results of the mockup test and the numerical analysis are corresponded with each other since the behavior of service load proceeds in elastic region. In case of the dynamic behavior of structure, especially for the analysis of vibration, the result of the mockup test differs from the result of numerical analysis a little due to the geometric shape and non-homogeneous materials. In order to converge on these tolerances, this study suggested several numerical models, analyzed the sensitivity and finally offered a practical modeling method for the estimation of bridge on the basis of the result of mockup test. Based on the model substituted concrete section for strands section, the natural frequency of the model composed with axial stiffness of strands or the model applied the modified modulus of elasticity was closest with the result of the mockup test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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