With the advent of high performance computers and more efficient numerical algorithms, computational fluid dynamics(CFD) has come out as a modem alternative for reducing the use of wind tunnels test in automotive engineering. However, in spite of the fact that many competent researchers have made all their talents in developing turbulence model over since the past dozen or more years, it has been an important impediment in using the CFD effectively to design machinery and to diagnose or to improve engineering problems in the industry since the turbulence model has been acting as the Achilles' tendon in aspect of the reliability even to this time. In this study, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations were solved to simulate an incompressible turbulent flow around a bus-like bluff body near ground plane. In order to investigate the effect of the discretisation schemes and turbulence model on the aerodynamic forces several turbulence models with five convective difference schemes are adopted. From the results of this study, it is clear that choice of turbulence model and discretisation scheme profoundly affects the computational outcome. The results also show that the adoption of RNG $k-\varepsilon$ turbulence model and nonlinear quadratic turbulence model with the second order accurate discretisation scheme predicts fairly well the aerodynamic coefficients.
Buckling-restrained braces are passive control devices with high level of energy dissipation ability. However, they suffer from low post-yield stiffness which makes them vulnerable to severe ground motions, especially near-field earthquakes. Among the several methods proposed to improve resistance of BRB frames, mega-brace configuration can be a solution to increase frame lateral strength and stiffness and improve distribution of forces to prevent large displacement in braces. Due to the limited number of research regarding the performance of such systems, the current paper aims to assess seismic performance of BRB frames with mega-bracing arrangement under near-field earthquakes via a detailed probabilistic framework. For this purpose, a group of multi-story mega-BRB frames were modelled by OpenSEES software platform. In the first part of the paper, simplified procedures including nonlinear pushover and Incremental Dynamic Analysis were conducted for performance evaluation. Two groups of near-fault seismic ground motions (Non-pulse and Pulse-like records) were considered for analyses to take into account the effects of record-to-record uncertainties, as well as forward directivity on the results. In the second part, seismic reliability analyses are conducted in the context of performance based earthquake engineering. Two widely-known EDP-based and IM-based probabilistic frameworks are employed to estimate collapse potential of the structures. Results show that all the structures can successfully tolerate near-field earthquakes with a high level of confidence level. Therefore, mega-bracing configuration can be an effective alternative to conventional BRB bracing to withstand near-field earthquakes.
The near-collapse performance limit is defined as the deformation at the 20% drop of maximum base shear in the decreasing region of the pushover curve for ductile framed buildings. Although monotonic pushover analysis is preferred due to the simple application procedure, this analysis gives rise to overestimated results by neglecting the cumulative damage effects. In the present study, the acceptabilities of monotonic and cyclic pushover analysis results for the near-collapse performance limit state are determined by comparing with Incremental Dynamic Analysis (IDA) results for a 5-story Reinforced Concrete framed building. IDA is performed to obtain the collapse point, and the near-collapse drift ratios for monotonic and cyclic pushover analysis methods are obtained separately. These two alternative drift ratios are compared with the collapse drift ratio. The correlations of the maximum tensile and compression strain at the base columns and beam plastic rotations with interstory drift ratios are acquired using the nonlinear time history analysis results by the simple linear regression analyses. It is seen that these parameters are highly correlated with the interstory drift ratios, and the results reveal that the near-collapse point acquired by monotonic pushover analysis causes unacceptably high tensile and compression strains at the base columns, as well as large plastic rotations at the beams. However, it is shown that the results of cyclic pushover analysis are acceptable for the near-collapse performance limit state.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권1호
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pp.78-83
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2011
Traditional autopilot design requires an accurate aerodynamic model and relies on a gain schedule to account for system nonlinearities. This paper presents the control architecture applied to a dynamic model inversion at a single flight condition with an on-line neural network (NN) in order to regulate errors caused by approximate inversion. This eliminates the need for an extensive design process and accurate aerodynamic data. The simulation results using a developed full nonlinear 6 degree of freedom model are presented. This paper also presents the stability evaluation for control systems to which NNs were applied. Although feedback can accommodate uncertainty to meet system performance specifications, uncertainty can also affect the stability of the control system. The importance of robustness has long been recognized and stability margins were developed to quantify it. However, the traditional stability margin techniques based on linear control theory can not be applied to control systems upon which a representative non-linear control method, such as NNs, has been applied. This paper presents an alternative stability margin technique for NNs applied to control systems based on the system responses to an inserted gain multiplier or time delay element.
Applications of membrane mechanisms are widely found in nano-devices and nano-sensor technologies nowadays. An alternative approach for large deflection analysis of the orthotropic, elliptic membranes - subject to gravitational, uniform pressures often found in nano-sensors - is described in this paper. The material properties of membranes are assumed to be orthogonally isotropic and linearly elastic, while the principal directions of elasticity are parallel to the coordinate axes. Formulating the potential energy functional of the orthotropic, elliptic membranes involves the strain energy that is attributed to inplane stress resultant and the potential energy due to applied pressures. In the solution method, Rayleigh-Ritz method can be used successfully to minimize the resulting total potential energy generated. The set of equilibrium equations was solved subsequently by Newton-Raphson. The unparalleled model formulation capable of analyzing the large deflections of both circular and elliptic membranes is verified by making numerical comparisons with existing results of circular membranes as well as finite element solutions. The results are found in excellent agreements at all cases. Then, the parametric investigations are given to delineate the impacts of the aspect ratios and orthotropic elasticity on large static tensions and deformations of the orthotropic, elliptic membranes.
Panto, Bartolomeo;Giresini, Linda;Sassu, Mauro;Calio, Ivo
Earthquakes and Structures
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제12권2호
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pp.223-236
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2017
Seismic assessment and rehabilitation of Monumental Buildings constitute an important issue in many regions around the world to preserve cultural heritage. On the contrary, many recent earthquakes have demonstrated the high vulnerability of this type of structures. The high nonlinear masonry behaviour requires ad hoc refined finite element numerical models, whose complexity and computational costs are generally unsuitable for practical applications. For these reasons, several authors proposed simplified numerical strategies to be used in engineering practice. However, most of these alternative methods are oversimplified being based on the assumption of in-plane behaviour of masonry walls. Moreover, they cannot be used for modelling the monumental structures for which the interaction between plane and out-plane behaviour governs the structural response. Recently, an innovative discrete-modelling approach for the simulation of both in-plane and out of-plane response of masonry structures was proposed and applied to study several typologies of historic structures. In this paper the latter model is applied with reference to a real case study, and numerically compared with an advanced finite element modelling. The method is applied to the St.Venerio church in Reggiolo (Italy), damaged during the 2012 Emilia-Romagna earthquake and numerically investigated in the literature.
The Monte Carlo Simulation (MCS) based seismic fragility analysis (SFA) approach allows defining more realistic relationship between failure probability and seismic intensity. However, the approach requires simulating large number of nonlinear dynamic analyses of structure for reliable estimate of fragility. It makes the approach computationally challenging. The response surface method (RSM) based metamodeling approach which replaces computationally involve complex mechanical model of a structure is found to be a viable alternative in this regard. An adaptive moving least squares method (MLSM) based RSM in the MCS framework is explored in the present study for efficient SFA of existing structures. In doing so, the repetition of seismic intensity for complete generation of fragility curve is avoided by including this as one of the predictors in the response estimate model. The proposed procedure is elucidated by considering a non-linear SDOF system and an existing reinforced concrete frame considered to be located in the Guwahati City of the Northeast region of India. The fragility results are obtained by the usual least squares based and the proposed MLSM based RSM and compared with that of obtained by the direct MCS technique to study the effectiveness of the proposed approach.
In this research the effect of high strength concrete (HSC) on shear capability of the channel shear connectors (CSC) in the steel concrete composite floor system was estimated experimentally and analytically. The push-out test was carried out for assessing the accurateness of the proposed model (nonlinear and finite element model) for the test specimens. A parametric analysis was conducted for predicting the shear capacity of the connectors (CSC) in the HSC. Eight push-out specimens of different sizes with different strength levels were tested under the monotonic loading system. The aim of this study was to evaluate the efficacy of the National Building Code of Canada (NBC) of Canada for analysing the loading abilities of the CSC in the HSC. Using the experimental tests results and verifying the finite element results with them, it was then confirmed by the extended parametric studies that the Canadian Design Code was less efficient for predicting the capacity of the CSC in the HSC. Hence, an alternative equation was formulated for predicting the shear capacity of these connectors during the inclusion of HSC for designing the codes.
Patel, Paresh V.;Raiyani, Sunil D.;Shah, Paurin J.
Structural Engineering and Mechanics
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제67권4호
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pp.391-401
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2018
Locally available Stainless Steel Wire Mesh (SSWM) bonded on a concrete surface with an epoxy resin is explored as an alternative method for the torsional strengthening of Reinforced Concrete (RC) beam in the present study. An experiment is conducted to understand the behavior of RC beams strengthened with a different configuration of SSWM wrapping subjected to pure torsion. The experimental investigation comprises of testing fourteen RC beams with cross section of $150mm{\times}150mm$ and length 1300 mm. The beams are reinforced with 4-10 mm diameter longitudinal bars and 2 leg-8 mm diameter stirrups at 150 mm c/c. Two beams without SSWM strengthening are used as control specimens and twelve beams are externally strengthened by six different SSWM wrapping configurations. The torsional moment and twist at first crack and at an ultimate stage as well as torque-twist behavior of SSWM strengthened specimens are compared with control specimens. Also the failure modes of the beams are observed. The rectangular beams strengthened with corner and diagonal strip wrapping configuration exhibited better enhancement in torsional capacity compared to other wrapping configurations. The numerical simulation of SSWM strengthened RC beam under pure torsion is carried out using finite element based software ABAQUS. Results of nonlinear finite element analysis are found in good agreement with experimental results.
As pointed out in the OECD BEMUSE Program, when a high computation time is taken to obtain the relevant output values of a complex physical model (or code), the number of statistical samples that must be evaluated through it is a critical factor for the sampling-based uncertainty analysis. Two alternative methods have been utilized to avoid the problem associated with the size of these statistical samples: one is based on Wilks' formula, which is based on simple random sampling, and the other is based on the conventional nonlinear regression approach. While both approaches provide a useful means for drawing conclusions on the resultant uncertainty with a limited number of code runs, there are also some unique corresponding limitations. For example, a conclusion based on the Wilks' formula can be highly affected by the sampled values themselves, while the conventional regression approach requires an a priori estimate on the functional forms of a regression model. The main objective of this paper is to assess the feasibility of the ACE-RSM approach as a complementary method to the Wilks' formula and the conventional regression-based uncertainty analysis. This feasibility was assessed through a practical application of the ACE-RSM approach to the LOFT L2-5 LBLOCA PCT uncertainty analysis, which was implemented as a part of the OECD BEMUSE Phase III program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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