This paper presents an analysis of nonlinear response of the seismically isolated structure against earthquake excitation to evaluate isolation performances of a rubber bearing. In the analysis of the vibration of building, the building is modeled by lumped mass system where the restoring force is considered as linear, bilinear and trilinear. Fundamental equations of motion are derived for the base isolated structure, and hysteretic and nonlinear-elastic characteristics are considered for a numerical calculation. The excitation levels are magnified fur the recorded strong earthquake motions in order to examine dynamic stability of the structure. Seismic responses (of the building are compared fur the each restoring force type. As a result, it is shown that the effect of the motion by the nonlinear response of the building is comparatively not so large from a seismic design standpoint. The responses of the isolated structures reduce sufficiently and controled the motion of the building well in a practical range. By increasing the acceleration of the earthquake, the yielding of the farce was occurred in the concrete and steel frame, which shows the necessity of the exact nonlinear dynamic analysis.
The main objective of this paper is to develop the finite element study on the nonlinear free vibration of functionally graded nanocomposite spherical shells reinforced with graphene platelets under the first-order shear deformation shell theory and von Kármán nonlinear kinematic relations. The governing equations are presented by introducing the full asymmetric nonlinear strain-displacement relations followed by the constitutive relations and energy functional. The extended Halpin-Tsai model is utilized to specify the overall Young's modulus of the nanocomposite. Then, the finite element formulation is derived and the quadrilateral 8-node shell element is implemented for finite element discretization. The nonlinear sets of dynamic equations are solved by the use of the harmonic balance technique and iterative method to find the nonlinear frequency response. Several numerical examples are represented to highlight the impact of involved factors on the large-amplitude vibration responses of nanocomposite spherical shells. One of the main findings is that for some geometrical and material parameters, the fundamental vibrational mode shape is asymmetric and the axisymmetric formulation cannot be appropriately employed to model the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite spherical shells.
In this paper, dynamic collapse behavior of the rectangular tube under impact loading is anlayzed using nonlinear finite element method of shell element. In case of shell element formulation using corotational element coordinates system, dynamic collapse behavior is analyzed without initial imperfection, and with initial imperfection. This paper reveals that the collapse of a rectangular tue without initial imperfection is caused by an error of transformation of the corotational coordinates system.
Studies of earthquakes over the last 50 years and the examination of dynamic soil behavior reveal that soil behavior is highly nonlinear and hysteretic even at small strains. Nonlinear behavior of soils during a seismic event has a predominant role in current site response analysis approaches. Common approaches to ground response analysis include linear, equivalent linear and nonlinear methods. These methods of ground response analysis may also be categorized into time domain and frequency domain concepts. Simplicity in developing analytical relations and accuracy in considering soils' dynamic properties dependency to loading frequency are benefits of frequency domain analysis. On the other hand, nonlinear methods are complicated and time consuming mainly because of their step by step integrations in time intervals. In part Ι of this paper, governing equations for seismic response analysis of surcharged and layered soils were developed using fundamental of wave propagation theory based on transfer function and boundary conditions. In this part, nonlinear seismic ground response is analyzed using extended HFTD method. The extended HFTD method benefits Newton-Raphson procedure which applies regular iterations and follows soils' fundamental stress-strain curve until convergence is achieved. The nonlinear HFTD approach developed here are applied to some examples presented in this part of the paper. Case studies are carried in which effects of some influencing parameters on the response are investigated. Results show that the current approach is sufficiently accurate, efficient, and fast converging. Discussions on the results obtained are presented throughout this part of the paper.
This paper presents a nonlinear modeling method for dynamic analysis of flexible structures undergoing overall motions that employs the mode approximation method. This method, different from the naive nonlinear method that approximates only Cartesian deformation variables, approximates not only deformation variables but also strain variables. Geometric constraint relations between the strain variables and the deformation variables are introduced and incorporated into the formulation. Two numerical examples are solved and the reliability and the accuracy of the proposed formulation are examined through the numerical study.
This paper presents a nonlinear modeling method for dynamic analysis of flexible structures undergoing overall motions that employs the mode approximation method. This method, different from the naive nonlinear method that approximates only Cartesian deformation variables, approximates not only deformation variables but also strain variables. Geometric constraint relations between the strain variables and the deformation variables are introduced and incorporated into the formulation. Two numerical examples are solved and the reliability and the accuracy of the proposed formulation are examined through the numerical study.
Behavior factor of a structure plays a crucial role in designing and predicting the inelastic responses of it. Recently, irregular buildings have been interested in many designers. To design irregular structures, recognizing the inelastic behavior of them is necessary. The main objective of this study is to determine the behavior factor of irregular Reinforced Concrete Moment Resisting Frames (RCMRFs) via nonlinear Incremental Dynamic Analysis (IDA). To do so, first, several frames are designed according to the regulations of the Iranian national building code. Then the nonlinear incremental dynamic analysis is performed on these structures and the behavior factors are achieved. The acquired results are compared with those obtained using pushover analysis and it is shown that the behavior factors acquired from the nonlinear incremental dynamic analysis are somewhat larger than those obtained from pushover analysis. Eventually, two practical relations are proposed to predict the behavior factor of irregular RCMRFs. Since these relations are based on the simple characteristics of frames such as: irregularity indices, the height and fundamental period, the behavior factor of irregular RCMRFs can be achieved efficiently using these relations. The proposed relations are applied to design of four new irregular RCMRFs and the outcomes confirm the accuracy of the aforementioned relations.
An advanced numerical method is proposed in this paper for the second-order inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges using rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns under earthquake loadings for the first time. The proposed method can exactly predict the nonlinear response of the bridges by using only one element per member in simulating the structural model. This comes from considering both the geometric and material nonlinearities in a fiber beam-column element and a catenary cable element. In the fiber beam-column element, the geometric nonlinearities are captured by applying the stability functions, whereas the material nonlinearities are evaluated by tracing the uniaxial cyclic stress-strain curves of each fiber on the cross-sections, which are located at the integration points along the member length. A computer program was developed based on Newmark's average acceleration algorithm to solve the nonlinear equations of motion. The accuracy and computational efficiency of the proposed program were verified by comparing the predicted results with the experimental results, and the results obtained from the commercial software SAP2000 and ABAQUS. The proposed program is promising as a useful tool for practical designs for the nonlinear inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges.
The purpose of the present work was to study the dynamic instability of a three-layered, symmetric sandwich beam subjected to a periodic axial load resting on nonlinear elastic foundation. A higher-order theory was used for analysis of sandwich beams with soft core on elastic foundations. In the higher-order theory, the Reddy's third-order theory was used for the face sheets and quadratic and cubic functions were assumed for transverse and in-plane displacements of the core, respectively. The elastic foundation was modeled as nonlinear's type. The dynamic instability regions and free vibration were investigated for simply supported conditions by Bolotin's method. The results showed that the responses of the dynamic instability of the system were influenced by the excitation frequency, the coefficients of foundation, the core thickness, the dynamic and static load factor. Comparison of the present results with the published results in the literature for the special case confirmed the accuracy of the proposed theory.
본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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