Until now, a comparative study on fully and partially-connected steel shear walls leading to enhancing strength and stiffness reduction of partially-connected steel plate shear wall structures has not been reported. In this paper a number of 4-story and 8-story steel plate shear walls, are considered with three different connection details of infill plate to surrounding frame. The specimens are modeled using nonlinear finite element method verified excellently with the experimental results and analyzed under monotonic loading. A comparison between initial stiffness and shear strength of models as well as percentage of shear force by model boundary frame and infill plate are performed. Moreover, a comparison between energy dissipation, ductility factor and distribution of Von-Mises stresses of models are presented. According to the results, the initial stiffness, shear resistance, energy dissipation and ductility of the models with beam-only connected infill plates (SSW-BO) is found to be about 53%, 12%, 15% and 48% on average smaller than those of models with fully-connected infill plates (SPSW), respectively. However, performance characteristics of semi-supported steel shear walls (SSSW) containing secondary columns by simultaneously decreasing boundary frame strength and increasing thickness of infill plates are comparable to those of SPSWs. Results show that by using secondary columns as well as increasing thickness of infill plates, the stress demands on boundary frame decreases substantially by as much as 35%. A significant increase in infill plate share on shear capacity by as much as 95% and 72% progress for the 4-story SSW-BO and 8-story SSSW8, respectively, as compared with non-strengthened counterparts. A similar trend is achieved by strengthening secondary columns of 4-story SSSW leading to an increase of 50% in shear force contribution of infill plate.
In order to analyze the distribution of sound fields radiating from a circular plate vibrated by a Langevin transducer, a theoretical analysis model was derived. The boundary conditions of the driving area and fixed boundary area were appropriately applied to the equation of motion of the vibrating plate, which was derived by L. Rayleigh. By calculating the vibration displacement distributed on the surface of the vibrating plate using the derived analysis model and then calculating the sound field formed by the ultrasonic waves radiating from it, it was confirmed that the radiation characteristics vary significantly depending on the area of the vibrating plate. For comparison, a simulation of the same system was performed using the COMSOL program, a finite element method, and showed good agreement with the theoretical calculation results, confirming the effectiveness of the theoretical analysis model derived in thisstudy. It is expected that the theoretical analysis model derived from this study can be used in the design and development of related devices, such as in the ultrasonic chemistry field.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.8
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pp.3374-3383
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2011
In this study, numerical analyses for slamming impact phenomena have been carried out using a 2-dimensional wedge shaped structure having finite deadrise angles. Fluid is assumed incompressible and entry speed of the structure is kept constant. Geo-reconstruct(or PLIC-VOF) scheme is used for the tracking of the deforming free surface. Numerical analyses are carried out for the deadrise angles of $10^{\circ}$, $20^{\circ}$ and $30^{\circ}$. For each deadrise angle, variations are made for the grid size on the wedge bottom and for the entry speed. The magnitude and the location of impact pressure and the total drag force, which is the summation of pressure distributed at the bottom of the structure, are analyzed. Results of the analyses are compared with the results of the Dobrovol'skaya similarity solutions, the asymptotic solution based on the Wagner method and the solution of Boundary Element Method(BEM).
Kim, Eunyoung;Kim, Boyoung;Kang, Jun Won;Lee, Hongpyo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.167-174
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2021
Recent investigation into the integrity of nuclear containment buildings has highlighted the importance of developing an elaborate diagnostic method to evaluate the distribution and size of cavities inside concrete walls. As part of developing such a method, this paper presents a finite element approach to modeling elastic waves propagating in the containment building walls of a nuclear power plant. We introduce a perfectly matched layer (PML) wave-absorbing boundary to limit the large-scale nuclear containment wall to the region of interest. The formulation results in a semi-discrete form with symmetric damping and stiffness matrices. The transient elastic wave equations for a mixed unsplit-field PML were solved for displacement and stresses in the time domain. Numerical results show that the sensitivity of displacement, velocity, acceleration, and stresses is large depending on the size and location of the cavity. The dynamic response of the wall slightly differs depending on the existence of the containment liner plate. The results of this study can be applied to a full-waveform inversion approach for characterizing cavities inside a containment wall.
This paper presents a method of seismic analysis for a cylindrical liquid storage structure considering the effects of the interior fluid and exterior soil medium in the frequency domain. The horizontal and rocking motions of the structure are included in this study. The fluid motion is expressed in terms of analytical velocity potential functions, which can be obtained by solving the boundary value problem including the deformed configuration of the structure as well as the sloshing behavior of the fluid. The effect of the fluid is included in the equation of motion as the impulsive added mass and the frequency-dependent convective added mass along the nodes on the wetted boundary of the structure. The structure and the near-field soil medium are represented using the axisymmetric finite elements, while the far-field soil is modeled using dynamic infinite elements. The present method can be applied to the structure embedded in ground as well as on ground, since it models both the soil medium and the structure directly. For the purpose of verification, earthquake response analyses are performed on several cases of liquid tanks on a rigid ground and on a homogeneous elastic half-space. Comparison of the present results with those by other methods shows good agreement. Finally, an application example of a reinforced concrete tank on a horizontally layered soil with a rigid bedrock is presented to demonstrate the importance of the soil-structure interaction effects in the seismic analysis for large liquid storage tanks.
The natural frequencies and the corresponding mode shapes of a non-uniform beam carrying multiple point masses are determined by using the analytical-and-numerical-combined method. To confirm the reliability of the last approach, all the presented results are compared with those obtained from the existing literature or the conventional finite element method and close agreement is achieved. For a "uniform" beam, the natural frequencies and mode shapes of the "clamped-hinged" beam are exactly equal to those of the "hinged-clamped" beam so that one eigenvalue equation is available for two boundary conditions, but this is not true for a "non-uniform" beam. To improve this drawback, a simple transformation function ${\varphi}({\xi})=(e+{\xi}{\alpha})^2$ is presented. Where ${\xi}=x/L$ is the ratio of the axial coordinate x to the beam length L, ${\alpha}$ is a taper constant for the non-uniform beam, e=1.0 for "positive" taper and e=1.0+$|{\alpha}|$ for "negative" taper (where $|{\alpha}|$ is the absolute value of ${\alpha}$). Based on the last function, the eigenvalue equation for a non-uniform beam with "positive" taper (with increasingly varying stiffness) is also available for that with "negative" taper (with decreasingly varying stiffness) so that half of the effort may be saved. For the purpose of comparison, the eigenvalue equations for a positively-tapered beam with five types of boundary conditions are derived. Besides, a general expression for the "normal" mode shapes of the non-uniform beam is also presented.
In this paper, the dynamic behaviour of an inclined functionally graded material (FGM) beam with different boundary conditions under a moving mass is investigated based on the first-order shear deformation theory (FSDT). The material properties vary continuously along the beam thickness based on the power-law distribution. The system of motion equations is derived by using Hamilton's principle. The finite element method (FEM) is adopted to develop a general solution procedure. The moving mass is considered on the top surface of the beam instead of supposing it on the mid-plane. In order to consider the Coriolis, centrifugal accelerations and the friction force, the contact force method is used. Moreover, the effects of boundary conditions, the moving mass velocity and various material distributions are studied. For verification of the present results, a comparative fundamental frequency analysis of an FGM beam is conducted and the dynamic transverse displacements of the homogeneous and FGM beams traversed by a moving mass are compared with those in the existing literature. There is a good accord in all compared cases. In this study for the first time in dynamic analysis of the inclined FGM beams, the Coriolis and centrifugal accelerations of the moving mass are taken into account, and it is observed that these accelerations can be ignored for the low-speeds of the moving mass. The new provided results for dynamics of the inclined FGM beams traversed by a moving mass can be significant for the scientific and engineering community in the area of FGM structures.
The ELF-MT survey has been conducted at 9 points along the national road between the Sindangri and Dojonri area to study on the boundary between the Okchon and Choson systems, and subsurface geological structure of these two systems. Natural electromagnetic fields of 7.8, 14, and 20 Hz in the Schumann resonant frequency band were used for ELF-MT measurement. Apparent resistivity values were calculated from the measured magnetic and electric fields at each frequency, and resistivity sections were obtained by means of a trial and error method for one-dimensional analysis and finite element method for two-dimensioal analysis. The results of this study show that the resistivities of the Okchon and Choson systems are 700-3500 ohm-m and 40-5000 ohm-m, respectively. The boundary between these two systems is a fault with the width of 1 km fault zone and resistivity value of 200 ohm-m, and is located around Koburangjae. Another fault is appeared in Sindangri, and its resistivity value is 130 ohm-m. Intrusion of biotite granite is distributed in Jungchijae, and its resistivity value is 750 ohm-m. The area between Susanri and Koburangjae shows the highest resistivity value of 3500 ohm-m because metabasite and amphibolite are distributed in that area. Extremely low resistivity value of 40 ohm-m around Yongamsan is due to the Yongam formation, which is composed of graphitic black slate and overlying Choson Great Limestone group.
The pressure of the mold flux acting on the meniscus shell was investigated through the coupling analysis of heat transfer in the mold and fluid flow in the flux caused by the mold oscillation. Finite element method was employed to solve the conservation equation associated with appropriate boundary conditions. As reported by previous workers, the axial pressure is positive on the negative strip time and negative on the positive strip time. A maximum pressure is predicted toward the top of the meniscus shell which has the thin shell arid a maximum value is in proportion to the relative mold oscillation velocity. The relative mold oscillation velocity was changed by the effect of meniscus level fluctuation. Therefore the pressure of the mold flux acting on the meniscus shell was different each cycle of the mold oscillation due to the irregularity of relative mold oscillation velocity.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.121-122
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2002
This paper presents contact behavior of an Polyperfluoroalkoxyethylene(PTFE) ring seals by a non-linear finite element method using the thermomechanical analysis. PTFE elastomer was assumed as odgen model for numerical analysis in FEM commercial code because elastomer has nonlinear behaviour character. The shape effects are investigated for sealing performance of ring seal in boundary conditions which as gas pressure, groove temperature and various O-ring seal models. Also contact stress and equivalent total strain are investicated. An O-ring seals was modeled four shape which are circle, two sunflower and X. The highest contact stress occurs at sunflower-ring seal with groove deapth of 0.35mm. the equivalent total strain of sunflower-ring seal is lower than that of the others under low gas pressure condition but under gas pressure condition over 4Mpa, that of sunflower-ring seal is higher. The calculated FEM results shows that the Sunflower-ring seal with groove depth of 0.35mm has excellent performance compared with other seal models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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