Traditional damage detection methods for nonlinear structures are often based on simplified models, such as the mass-spring-damper and shear-building models, which are insufficient for predicting the vibration responses of a real structure. Conventional global nonlinear finite element model updating methods are computationally intensive and time consuming. Thus, they cannot be applied to practical structures. A decentralized approach for identifying the nonlinear material parameters is proposed in this study. With this technique, a structure is divided into several small zones on the basis of its structural configuration. The unknown material parameters and measured vibration responses are then divided into several subsets accordingly. The structural parameters of each subset are then updated using the vibration responses of the subset with the Newton-successive-over-relaxation (SOR) method. A reinforced concrete and steel frame structure subjected to earthquake loading is used to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method. The parameters in the material constitutive model, such as compressive strength, initial tangent stiffness and yielding stress, are identified accurately and efficiently compared with the global nonlinear model updating approach.
This study implements a hybrid Genetic Algorithm to detect, locate, and quantify structural damage for multistory shear buildings using partial modal data. Measuring modal responses at multiple locations on a structure is both challenging and expensive in practice. The proposed method's objective function is based on the building's dynamic properties and can also be employed with partial modal information. This method includes initial residuals between the numerical and experimental model and a damage penalization term to avoid false damages. To test the proposed method, a numerical example of a ten-story shear building with noisy and partial modal information was explored. The obtained results were in agreement with the previously published research. The proposed method's performance was also verified using experimental modal data of an 8-DOF spring-mass system and a five-story shear building. The predicted results for numerical and experimental examples indicated that the proposed method is reliable in identifying the damage for multistory shear buildings.
This study was intended to analyze the dynamic force system which induced the shattering of paddy grains. A model to predict the shattering of paddy grains was developed, and physical quantities, such as mass distribution and rigidity of rice plant, needed for evaluating the minimum shattering forces were also measured. Under the assumption that rice plant right before harvesting is a vibratory system, the mathematical model of the vibratory system was developed and solved with the varied conditions of forcing functions. The results of the study were summarized as follows: 1. The shattering of grain occurred at the abscission layer of grain by the bending moments resulted from the impact force due to the collision of panicles of rice plant. 2. The vibratory model developed for milyang 23 rice variety was analyzed to give the natural frequencies of 7-9 Hz, which were closely related with the excitation frequencies of 4-10 Hz caused by various machine parts besides engine. Thus, avoiding the resonance should be taken into consideration in the design of the harvesting machinery. 3. It was analyzed to predict the lowest frequency that could develop the shattering when the excitation force was applied to the lower end of stem. The lowest frequency for the Milyang 23 rice variety ranged from 8.33 Hz to 11.66 Hz as the amplitude varied from 1 cm to 2.5 cm. 4. The degree of shattering depended upon the magnitude of the impact force and its application point. For Milyang 23 rice variety, the minimum impact force developing the shattering was $5g_f$ when it was applied at 1 cm above the lower end of stern and $1g_f$ when applied at 5 cm above the lower end of stem. 5. The minimum colliding velocity of the panicle, when it was on the ground that would just develop the shattering, was given as follows, $$V=\sqrt{\frac{K_t}{m_g}{\cdot}{{\phi}^2}}$$ where V : The colliding velocity of the panicle against ground to cause the shatteering of rice grain. (cm/sec) $K_t$ : The minimum spring constant for bending at the abscission layer of grain. (dyne-cm/rad) ${\phi}$ : The minimum shattering angle of grain (rad) $m_g$ : The maximum mass of grain. (g).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.69-79
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2007
In this paper, a technique to detect structural damage and estimate its severity using peaks and zeros of frequency response functions (FRFs) is developed. The peaks in FRFs represent the natural frequencies of the structure and the zeros provide additional information. The characteristics of peaks and zeros are defined and the calculation procedure to obtain the peaks and zeros from the relationship between frequency response function and stiffness and mass matrices are clearly explained. A structural system identification theory which is utilizing the sensitivity of stiffness of a structural member to eigenvalues, i.e., peaks and zeros, is established. The proposed method can identify damage location and its severity, with natural and zero frequencies, by estimating structural stiffness of the structure in the process of making a analytical model The accuracy and feasibility is demonstrated by numerical models of a spring-mass system and a beam structure.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.46
no.1
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pp.20-31
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2010
In this research, the submersible fish cage was designed to avoid structural and biological damage during harsh sea conditions. The submersible cage system consists of netting, mooring ropes, a floating collar, floats, sinkers and anchors. Whole elements of the cage were modeled on the mass-spring model. The computer simulations were carried out to investigate the dynamic behavior of the cage and to calculate mooring line tension subjected to tidal currents and waves. As expected, the tension values in the mooring line of the submerged position are 36% less compared to that of the surface cage under the same loading conditions. As the wave was used in combination with the current velocity of 1m/s, the average tensile load for the submerged cage showed 85% of the value for the floating cage. The simulation results provide an improved understanding of the behaviors of the structure and valuable information on the optimized design of the cage system exposed to open ocean environmental factors.
Floating structure such as tension leg platform, semi-submersible and spar are widely used in field of oil exploration and renewable energy system. All of these structures have the base cylinder support structure which have effective rule in overall dynamic of response. So the accurate and reliable modeling is needed for optimum design and understanding the physical background of these systems. The aim of this article is an analytical discussion on stochastic modeling of floating cylinder based support structure but an applicable one. Due to this a mathematical mass-damper-spring system of a floating cylinder of HAWAII WTG offshore wind as an applicable and innovative system is adopted to model a coupled degrees using random vibration in analytical way. A fully develop spectrum is adopted to solve the stochastic spectrum analytically by a proper approximation. Some acceptable assumption is adopted. The simplified but analytical and innovative hydrodynamic analysis of this study not only will help researcher to concentrate more physically on hydrodynamic analysis of floating structures but also can be useful for any quick, simplified and closed form analysis of a complicated problem in offshore engineering.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.1
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pp.82-88
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2016
This paper proposes a new type of semi-active direct-drive valve(DDV) car suspension system using piezoelectric actuator associated with displacement amplifier. As a first step, controllable piezoelectric DDV damper is designed and governing equation of a quarter-vehicle suspension system consisting of sprung mass, spring, tire and the piezostack DDV damper is constructed. After deriving the equations of the motion, in order to control spool displacement and damping force the skyhook controller is designed and applied. The performance evaluation of the proposed semi-active suspension system is conducted with different displacement of spool. Then, the ride comfort analysis is undertaken in time domain with bump road profile.
In this paper, a new iterative method for solving vehicle-bridge interaction problems is proposed. Iterative methods have advantages over the non-iterative methods in that it is not necessary to update the system matrix for a given wheel location, and the method can be applied for a new type of car or bridge with few or no modifications. In the proposed method, the necessity of system matrices update is eliminated using the equivalent interaction force acting on the bridge, which is obtained iteratively. Ballast stiffness is included in the interaction forces and the geometric compatibility at the contact points are used as convergence criteria. The bridge is considered as an elastic Bernoulli-Euler beam with surface irregularity and ballast stiffness. The moving vehicle is modeled as a multi-axle mass-spring-damper system having many degrees of freedom depending on the number of axles. The pitching effect, which is the interaction effect between the rear and front wheels when a vehicle begins to enter or leave the bridge, is also considered in the formulation including extended ground boundaries having surface irregularity and ballast stiffness. The applicability of the proposed method is illustrated in the numerical studies.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.3
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pp.263-270
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2004
The dynamic behavior of multi-layered stone masonry monuments, such as stone pagoda, are mainly influenced by contour condition of contacting surface of stones. These structures can be modeled as a multi-degrees of freedom system. In this case the mass of the system can be easily estimated, mean while the estimation of stiffness at junction is not simple. In this paper a method for estimating the spring constant at the contacting surface of stone is proposed. The proposed method utilizes the natural frequency of the system which can be obtained by eigenvalue analysis.
Vertical earthquake ground motion may magnify vertical dynamic responses of structures, and thus cause serious damage to bridges. As main support structures, piers and bearings play an important role in vertical seismic response analysis of girder bridges. In this study, the pier and bearing are simplified as a vertical series spring system without mass. Then, based on the assumption of small displacement, the equation of motion governing the simply-supported straight girder bridge under vertical ground motion is established including effects of vertical deformation of support structures. Considering boundary conditions, the differential quadrature method (DQM) is applied to discretize the above equation of motion into a MDOF (multi-degree-of-freedom) system. Then seismic responses of this MDOF system are calculated by a step-by-step integration method. Effects of support structures on vertical dynamic responses of girder bridges are studied under different vertical strong earthquake motions. Results indicate that support structures may remarkably increase or decrease vertical seismic responses of girder bridges. So it is of great importance to consider effects of support structures in structural seismic design of girder bridges in near-fault region. Finally, optimization of support structures to resist vertical strong earthquake motions is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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