Based on continuum mechanics and the principle of virtual displacements, incremental total Lagrangian formulation (T.L.) and incremental updated Lagrangian formulation (U.L.) were presented. Both T.L. and U.L. considered the large displacement stiffness matrix, which was modified to be symmetrical matrix. According to the incremental updated Lagrangian formulation, small strain, large displacement, finite rotation of three dimensional Timoshenko fiber beam element tangent stiffness matrix was developed. Considering large displacement and finite rotation, a new type of tangent stiffness matrix of the beam element was developed. According to the basic assumption of plane section, the displacement field of an arbitrary fiber was presented in terms of nodal displacement of centroid of cross-area. In addition, shear deformation effect was taken account. Furthermore, a nonlinear finite element method program has been developed and several examples were tested to demonstrate the accuracy and generality of the three dimensional beam element.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.6
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pp.579-583
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2012
The purpose of this paper is to suggest IDE (Incremental Displacement Estimation) algorithm for the previously proposed visually servoed paired structured light system. The system is composed of two sides facing with each other, each with one or two lasers with a 2-DOF manipulator, a camera, and a screen. The 6-DOF displacement between two sides can be estimated by calculating the positions of the projected laser beams and rotation angles of the manipulators. In the previous study, Newton-Raphson or EKF (Extended Kalman Filter) has been used as an estimation algorithm. Although the various experimental tests have validated the performance of the system and estimation algorithms, the computation time is relatively long since aforementioned algorithms are iterative methods. Therefore, in this paper, a non-iterative incremental displacement estimation algorithm which updates the previously estimated displacement with a difference of the previous and the current observed data is introduced. To verify the performance of the algorithm, experimental tests have been performed. The results show that the proposed non-iterative algorithm estimates the displacement with the same level of accuracy compared to the EKF with multiple iterations with significantly less computation time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.7
s.166
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pp.1112-1119
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1999
Fracture resistance(J-R) curves, which are used for the elastic-plastic fracture mechanics analyses, are known to be dependent on the cyclic loading history. The objective of this paper is to study the effect of reverse cyclic loading on J-R curves in CT specimens. The effect of two parameters was observed on the J-R curves during the reverse cyclic loading. One was the minimum-to-maximum load ratio(R) and the other was the incremental plastic displacement(${\delta}_{cycle}/{\delta}_i$), which is related to the amount of crack growth that occurs in a cycle. Fracture resistance test on CT specimens with varying load ratio and incremental plastic displacement were performed. For the SA 516 Gr. 70 steel, the results showed that the J-R curves were decreased with decreasing the load ratio and the incremental plastic displacement. When the load ratio was set to -1, the results of the J-R curves and the $J_i$ value were about $40{\sim}50$ percent of those for the monotonic loading condition. Also on condition that the incremental plastic displacement reached 1/40, the J-R curves and the $J_i$ value were about $50{\sim}60$ percent of those for the incremental plastic displacement of 1/10.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.11
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pp.1931-1942
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1997
A new load/displacement parameter method is developed for the cases that loads are applied to one or more points, and displacements of a structure are controlled at one or more points sinultaneously. The procedure exploits a generalized Riks method, which utilizes load/displacement parameters as scaling factors in order to analyze the post-buckling phenomena including snap-through or snap-back. A convergence characteristic is improved by employing new relaxation factors in incremental displacement parameter, particularly at the region where exhibits severe numerical instability. The improved performance is illustrated by means of numerical example.
A new load/displacement parameter method is proposed for the simultaneous control of applied loads and structural displacements at one or more points. The procedure is based on a generalized Riks' method, which utilizes load/displacement parameters as scaling factors to analyze post-buckling phenomena including snap-through or snap-back. The convergence characteristics are improved by employing new relaxation factors through an incremental displacement parameter, particularly in a region that exhibits severe numerical instability. The improved performance is illustrated by means of a numerical example.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.107-115
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1985
For the finite deflection analysis of plates with initial deflections subjected to uniaxial compression, the formulation of incremental finite strip method is made and has been incorporated into a computer program. A new in plane displacement function varying along the load: direction has been derived from the out-of-plane displacement function by considering the curvature of a plate. Either incremental load type analysis or incremental displacement type analysis may be selected to solve incremental equibrium equations in the program. The following results have been obtained: 1. Incremental displacement type analysis is superior to incremental load type analysis in that the former converges more rapidly than the latter. 2. The finite strip method using the new displacement function gives as accurate results as analytical method and other finite element methods.
As civil structures are exposed to various external loads, it is essential to assess the structural condition, especially the structural displacement, in every moment. Therefore, a visually servoed paired structured light system was proposed in the previous study. The proposed system is composed of two screens facing with each other, each with a camera, a screen, and one or two lasers controlled by a 2-DOF manipulator. The 6-DOF displacement can be calculated from the positions of three projected laser beams and the rotation angles of the manipulators. In the estimation process, one of well-known iterative methods such as Newton-Raphson or extended Kalman filter (EKF) was used for each measurement. Although the proposed system with the aforementioned algorithms estimates the displacement with high accuracy, it takes relatively long computation time. Therefore, an incremental displacement estimation (IDE) algorithm which updates the previously estimated displacement based on the difference between the previous and the current observed data is newly proposed. To validate the performance of the proposed algorithm, simulations and experiments are performed. The results show that the proposed algorithm significantly reduces the computation time with the same level of accuracy compared to the EKF with multiple iterations.
Irschik, Hans;Krommer, Michael;Zehetner, Christian
Smart Structures and Systems
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v.18
no.1
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pp.139-154
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2016
This paper is concerned with the dynamics of hyperelastic solids and structures. We seek for a smart control actuation that produces a desired (prescribed) displacement field in the presence of transient imposed forces. In the literature, this problem is denoted as displacement tracking, or also as shape morphing problem. One talks about shape control, when the displacements to be tracked do vanish. In the present paper, it is assumed that the control actuation is provided by imposed eigenstrains, e.g., by the electric field in piezoelectric actuators, or by thermal actuators, or via analogous physical effects, such as magneto-striction or pre-stress. Structures with a controlled eigenstrain-type actuation belong to the class of smart structures. The action of the eigenstrains can be conveniently characterized by actuation stresses. Our theoretical derivations are performed in the framework of the theory of small incremental dynamic deformations superimposed upon a statically pre-deformed configuration of a hyperelastic solid or structure. We particularly ask for a distribution of incremental actuation stresses, such that the incremental displacements follow exactly a prescribed trajectory field, despite the imposed incremental forces are present. An exact solution of this problem is presented under the assumption that the actuation stresses can be tailored freely and applied everywhere within the body. Extending a Neumann-type solution strategy, it is shown that the actuation stresses due to the distributed control eigenstrains must satisfy certain quasi-static equilibrium conditions, where auxiliary body-forces and auxiliary surface tractions are to be taken into account. The latter auxiliary loading can be directly computed from the imposed forces and from the desired displacement field to be tracked. Hence, despite the problem is a dynamic one, a straightforward computation of proper actuator distributions can be obtained in the framework of quasi-static equilibrium conditions. Necessary conditions for the functioning of this concept are presented. Particularly, it must be required that the intermediate configuration is infinitesimally superstable. Previous results of our group for the case of shape control and displacement tracking in linear elastic structures are included as special cases. The high potential of the solution is demonstrated via Finite Element computations for an irregularly shaped four-corner plate in a state of plain strain.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.51
no.5
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pp.59-68
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2009
In this study, it was developed that the software could be used to estimate consolidation settlement by curve fitting method according to Terzaghi's consolidation theory on the condition of gradual incremental loading, and the method of estimating settlement caused by lateral displacement was suggested, in which the settlement was calculated from the difference between the settlement calculated with the developed software using the early part of measured data and the settlement measured for the short duration from the beginning of embankment in the field. The verification of the suggested method of estimating settlement caused by lateral displacement showed good results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.11-22
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1990
An automatic incremental algorithm for geometric non-linear finite element analysis of the structures subjected to the conservative and non-conservative forces is presented. By making efficient combination of the load incremental method and the displacement incremental method, this scheme can trace various post-buckling equilibrium path such as snap-through and turning-back. Several numerical examples to demonstrate the feasibility of the present algorithm, over ranges of deformation that are well beyond those likely to occur in practical structures, are given and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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