International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.685-699
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2014
In this study, the dynamic responses of a riser under the combined excitation of internal waves and background currents are studied. A modified Taylor-Goldstein equation is used to calculate the internal waves vertical structures when background currents exist. By imposing rigid-lid boundary condition, the equation is solved by Thompson-Haskell method. Based on the principle of virtual work, a nonlinear differential equation for riser motions is established combined with the modified Morison formula. Using Newmark-${\beta}$ method, the motion equation is solved in time domain. It is observed that the internal waves without currents exhibit dominated effect on dynamic response of a riser in the first two modes. With the effects of the background currents, the motion displacements of the riser will increase significantly in both cases that wave goes along and against the currents. This phenomenon is most obviously observed at the motions in the first mode.
Cao, Liang;Liu, Jiepeng;Zhang, Xiaolin;Chen, Y. Frank
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.3
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pp.245-255
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2019
In this paper, an inverted-pendulum model consisting of a point supported by spring limbs with roller feet is adopted to simulate human walking load. To establish the kinematic motion of first and second single and double support phases, the Lagrangian variation method was used. Given a set of model parameters, desired walking speed and initial states, the Newmark-${\beta}$ method was used to solve the above kinematic motion for studying the effects of roller radius, stiffness, impact angle, walking speed, and step length on the ground reaction force, energy transfer, and height of center of mass transfer. The numerical simulation results show that the inverted-pendulum model for walking is conservative as there is no change in total energy and the duration time of double support phase is 50-70% of total time. Based on the numerical analysis, a dynamic load factor ${\alpha}_{wi}$ is proposed for the traditional walking load model.
In this study, the dynamic response of the umbilical cable in a deep-water unmanned underwater vehicle system was analyzed. In order to analyze the forces acting on the cable, the launcher and umbilical cable were modeled by the simple 1-D mass-spring system. Damping and dynamic analysis was carried out by a direct time integration scheme using the $Newmark-{\beta}$ method with inverse iteration procedure, considering the nonlinear drag forces acting on the launcher. The obtained results of the present study can be used for the design of connecting the structure of the launcher and cable of the UUV system.
Park, Jung;Park, Hoon-Cheol;Yoon, Kwang-Joon;Goo, Nam-Seo;Lee, Jae-Hwa
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.44-50
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2002
Low-velocity impact on composite sandwich panel has been investigated. Contact force is computed from a proposed modified Hertzian contact law. The Hertzian contact law is constructed by adjusting numerical value of the exponent and reducing the through-the- thickness elastic constant of honeycomb core. The equivalent transverse elastic constant is calculated from the rule of mixture. Nonlinear equation to calculate the contact force is solved by the Newton-Raphson method and time integration is done by the Newmark-beta method. A finite element program for the low-velocity impact analysis is coded by implementing these techniques and an 18-node assumed strain solid element. Behaviors of composite sandwich panels subjected to low-velocity impact are analyzed for various cases with different geometry and lay-ups. It has been found that the present code with the proposed contact law can predict measured contact forces and contact times for most cases within reasonable error bounds.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.165-178
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2000
The simplified model for 3-dimensional analysis of vehicle-bridge interactions is presented in this study. By using the analysis model which includes the eccentricity of axle loads and the effect of the torsional forces acting on the bridge, the more accurate analysis results of the behavior of the bridge can be obtained. The equations of kinetic energy, potential energy and damping energy are expressed by degrees of freedom of the vehicle and the bridge. And then by applying Lagrange's equations of motion, the equations of motion of the vehicle and the bridge are obtained. By deriving the equations of forces acting on the bridge considering the vehicle-bridge vertical interactions and also by identifying the position of vehicle as time goes by, mass matrix, stiffness matrix, damping matrix and load vector of vehicle-bridge system are constructed in accordance with the position of vehicles. Then using Newmark's β-method(average acceleration), the equations of motion for the total vehicle bridge system are solved.
Three dimensional coupled bending-torsion dynamic vibrations of thin-walled open section beam subjected to moving vehicle are investigated by transfer matrix method. Through adopting the idea of Newmark-${\beta}$ method, the partial differential equations of structural vibration can be transformed to the differential equations. Then, those differential equations are solved by transfer matrix method. An iterative scheme is proposed to deal with the coupled bending-torsion terms in the governing vibration equations. The accuracy of the presented method is verified through two numerical examples. Finally, with different eccentricities of vehicle, the torsional vibration of thin-walled open section beam and vertical and rolling vibration of truck body are investigated. It can be concluded from the numerical results that the torsional vibration of beam and rolling vibration of vehicle increase with the eccentricity of vehicle. Moreover, it can be observed that the torsional vibration of thin-walled open section beam may have a significant nonlinear influence on vertical vibration of truck body.
In this paper, the dynamic analysis of a dolphin system for mooring a floating structure such as barge mounted plant is studied. The characteristics of the soil-pile system are simplified by a set of equivalent spring elements at the mudline. To evaluate the equivalent spring constants, the finite difference method is used. Since the characteristics of the soil-pile system are nonlinear in case of soft foundation, the nonlinear dynamic analysis technique is needed. The Newmark $beta$ method incorporating the modified Newton-Raphson method(initial stiffness method) is used. A numerical analysis is performed on two mooring dolphin systems on soft foundation and rock foundation. In case of the rock foundation, the characteristics are found to be nearly linear, so the linear dynamic analysis may be sufficient to consider the foundation effect. But in case of soft foundation, the non-linearity of the foundation appears to be very signigicant, so the nonlinear dynamic analysis si needed.
Kim, Moon-Young;Lee, Joon-Seok;Jung, Myung-Rag;Min, Dong-Joo
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.31-34
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2010
본 논문에서는 교량의 자유진동 모드의 중첩원리를 이용하여 KTX-교량의 동적상호작용 해석법을 제시한다. 이를 위하여 모드중첩법에 기초한 3차원 교량-차량의 에너지 식으로부터 에너지원리를 적용하여 교량과 차량의 상호작용을 고려할 수 있는 운동방정식을 유도한다. 이때 운동방정식의 해는 Newmark-${\beta}$ 방법을 사용한다. 그리고 궤도의 불규칙성은 FRA의 6등급 분류규정을 고려하여 각 등급별로 고속철도의 열차속도에 따르는 응답을 분석한다. 실제 고속철도에 사용되는 PSC 박스형 교량을 상용프로그램(MIDAS)를 이용하여 모델링하고 그로부터 각 모드별 형상을 얻어내어 본 논문에서 개발한 열차-교량 상호작용 프로그램에 입력하여 상호작용 해석을 수행한다.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.4
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pp.15-25
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1989
This paper presents the results of the numerical analysis on the behavior of cable-stayed bridge considering geometric nonlinearity of cables. Finite element method is used and geometric nonlinearities are considered on the analysis of cable-stayed bridge. The governing equilibrium equations are derived by the principle of virtual work, and modified Newton-Raphson method and Newmark-${\beta}$ method are employed in response calculations. The validity of this study is demonstrated by comparing the examples with analytical results by other method and testing results.
Kim, Moon-Young;Lim, Myoung-Hun;Kwon, Soon-Duck;Kim, Ho-Kyung
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.6
s.40
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pp.1-11
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2004
In the previous study(1), the finite element method was used for the vertical vibration analysis of suspension bridge considering the effects of the shear deformation and the rotary inertia under moving load. This study firstly performs the eigenvalue analysis for the free vertical vibration of suspension bridge using FEM analysis. Next the equations of motion considering interaction between suspension bridge and vehicles/train are derived using mode superposition method. And dynamic analysis was performed using the Newmark $\beta$ Method. Finally through the numerical examples, the dynamic responses of bridges by this study are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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