This is the second part of the paper (Rojek and Kleiber 1993) devoted to nonlinear dynamic analysis of structures consisting of rigid and deformable parts. The first part contains a theoretical formulation of nonlinear equations of motion for the coupled system as well as a solution algorithm. The second part presents the computer implementation of the equations derived in the first part with a short review of the capabilities of the computer program used and the library of finite elements. Details of material nonlinearity treatment are also given. The paper is illustrated by discussing a practical problem of a safety cab analysis for an agricultural tractor.
A mathematical model for the nonlinear dynamics of a rotating beam with flexible root attached to a rotating hub with elastic foundation is developed. The model is developed based on the large planar and flexural deformation theory and the potential energy method to account for axial shortening due to bending deformation. In addition the exact nonlinear curvature is used in the system potential energy. The Lagrangian dynamics and the assumed mode method is used to derive the nonlinear coupled equations of motion hub rotation, beam tip deflection and hub horizontal and vertical displacements. The derived nonlinear model is simulated numerically and the results are presented and discussed for the effect of root flexibility, hub stiffness, torque type, torque period and excitation frequency and amplitude on the dynamic behavior of the rotating beam-hub and on its stability.
In our research we have offered a solid solution for aeronautical analysis. which can guarantee the asymptotic stability of coupled nonlinear facilities. According to the theoretical solutions and methods presented, the engine of this aircraft is a small high-bypass turbofan engine. using the non-linear aero-motor control approach and this paper focuses on the power management function of the aero-motor control system. These include static controls and transient controls. A mathematical model of the high-bypass-ratio two-spool unmixed-flow aeroengine was developed through a set of nonlinear dynamic equations verified by experimental data. A single actuator using the displacement method is designed to maintain a certain level of thrust under steady-state conditions. and maintains repeatable performance during transient operation from the requested thrust phase to the next. A single controller can compensate for the effects of noise and harmonic noise at many performance points. And the dynamic performance of a single controller is satisfactory during the transient. for fairness Numerical and computer experiments are described in the perfection of the methods we offer in research.
In-depth convergence analyses for neutronics/thermal-hydraulics (T/H) coupled calculations are performed to investigate the performance of nonlinear methods based on the Fixed-Point Iteration (FPI). A simplified neutronics-T/H coupled system consisting of a single fuel pin is derived to provide a testbed. The xenon equilibrium model is considered to investigate its impact during the nonlinear iteration. A problem set is organized to have a thousand different fuel temperature coefficients (FTC) and moderator temperature coefficients (MTC). The problem set is solved by the Jacobi and Gauss-Seidel (G-S) type FPI. The relaxation scheme and the Anderson acceleration are applied to improve the convergence rate of FPI. The performances of solution schemes are evaluated by comparing the number of iterations and the error reduction behavior. From those numerical investigations, it is demonstrated that the number of FPIs is increased as the feedback is stronger regardless of its sign. In addition, the Jacobi type FPIs generally shows a slower convergence rate than the G-S type FPI. It also turns out that the xenon equilibrium model can cause numerical instability for certain conditions. Lastly, it is figured out that the Anderson acceleration can effectively improve the convergence behaviors of FPI, compared to the conventional relaxation scheme.
본 논문에서는 복잡한 하이퍼카오스 신호를 발생시키는 HVPM(Hyperchaotic Volume Preserving Maps) 모델을 이용한 카오스 동기화 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안한 HVPM 모델은 3차원 이산시간(discrete-time) 연립 차분방정식으로 구성되어 있으며, 비선형 사상(maps)과 모듈러(modulus) 함수를 사용하여 랜덤한 카오스 어트랙터(attractor)를 발생시킨다. Pecora와 Caroll은 최근 카오스 시스템이 카오스 신호를 이용하여 동기화가 가능하다고 보고하였다. 따라서 본 논문에서는 하이퍼카오스 신호를 발생시키는 HVPM 모델간의 동기화를 위하여 결합동기(coupled synchronization) 알고리듬을 제안하였다. 모의실험에서 카오스 시스템과 하이퍼카오스 신호를 결합하여 카오스 동기화 현상을 확인할 수 있었다.
The structural behavior of reinforced concrete coupled shear wall structures is greatly influenced by the behavior of their coupling beams. This paper presents a process of the seismic analysis of reinforced concrete coupled shear wall-frame system linked by hysteretic dampers at each floor. The hysteretic dampers are located at the middle portion of the linked beams which most of the inelastic damage would be concentrated. This study concerned particularly with wall-frame structures that do not twist. The proposed method, which is based on the energy equilibrium method, offers an important design method by the result of increasing energy dissipation capacity and reducing damage to the wall's base. The optimum distribution of yield shear force coefficients is to evenly distribute the damage at dampers over the structural height based on the cumulative plastic deformation ratio of the dissipation device. Nonlinear dynamic analysis indicates that, with a proper set of damping parameters, the wall's dynamic responses can be well controlled. Finally, based on the total plastic strain energy and its trend through the height of the buildings, a prediction equation is suggested.
El Abbas, Nadia;Khamlichi, Abdellatif;Bezzazi, Mohammed
Coupled systems mechanics
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제5권4호
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pp.285-304
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2016
The effects of large rotations and p-delta on the dynamic response of a structure subjected to seismic loading and local uplift of its foundation were analyzed in this work. The structure was modeled by an equivalent flexible mat mounted on a rigid foundation that is supported either by a Winkler soil type or a rigid soil. The equations of motion of the system were derived by taking into account the equilibrium of the coupled foundation-mat system where the structure was idealized as a single-degree-of-freedom. The obtained nonlinear coupled system of ordinary differential equations was integrated by using an adequate numerical scheme. A parametric study was performed then in order to evaluate the maximum response of the system as function of the intensity of the earthquake, the slenderness of the structure, the ratio of the mass of the foundation to the mass of the structure. Three cases were considered: (i) local uplift of foundation under large rotation with the p-delta effect, (ii) local uplift of foundation under large rotation without including the p-delta effect, (iii) local uplift of foundation under small rotation. It was found that, in the considered ranges of parameters and for moderate earthquakes, assuming small rotation of foundation under seismic loading can yield more adverse structural response, while the p-delta effect has almost no effect.
Post-construction subgrade settlement especially differential settlement, has become a key issue in construction and operation of non-ballasted track on high-speed railway soil subgrade, which may also affect the dynamic performance of passing trains. To estimate the effect of differential subgrade settlement on the mechanical behaviors of the vehicle-slab track system, a detailed model considering nonlinear subgrade support and initial track state due to track self-weight is developed. Accordingly, analysis aiming at a typical high-speed vehicle coupled with a deteriorated slab track owing to differential subgrade settlement is carried out, in terms of two aspects: (i) determination of an initial mapping relationship between subgrade settlement and track deflections as well as contact state between track and subgrade based on a semi-analytical method; (ii) simulation of dynamic performance of the coupled system by employing a time integration approach. The investigation indicates that subgrade settlement results in additional track irregularity, and locally, the contact between the concrete track and the soil subgrade is prone to failure. Moreover, wheel-rail interaction is significantly exacerbated by the track degradation and abnormal responses occur as a result of the unsupported areas. Distributions of interlaminar contact forces in track system vary dramatically due to the combined effect of track deterioration and dynamic load. These may not only intensify the dynamic responses of the coupled system, but also have impacts on the long-term behavior of the track components.
The aim of this paper concerns with the nonlinear analysis of cable-stayed bridges including the vibration effect of cable stays. Two models for the cable stay system are built up in the study. One is the OECS (one element cable system) model in which one single element per cable stay is used and the other is MECS (multi-elements cable system) model, where multi-elements per cable stay are used. A finite element computation procedure has been set up for the nonlinear analysis of such kind of structures. For shape finding of the cable-stayed bridge with MECS model, an efficient computation procedure is presented by using the two-loop iteration method (equilibrium iteration and shape iteration) with help of the catenary function method to discretize each single cable stay. After the convergent initial shape of the bridge is found, further analysis can then be performed. The structural behaviors of cable-stayed bridges influenced by the cable lateral motion will be examined here detailedly, such as the static deflection, the natural frequencies and modes, and the dynamic responses induced by seismic loading. The results show that the MECS model offers the real shape of cable stays in the initial shape, and all the natural frequencies and modes of the bridge including global modes and local modes. The global mode of the bridge consists of coupled girder, tower and cable stays motion and is a coupled mode, while the local mode exhibits only the motion of cable stays and is uncoupled with girder and tower. The OECS model can only offers global mode of tower and girder without any motion of cable stays, because each cable stay is represented by a single straight cable (or truss) element. In the nonlinear seismic analysis, only the MECS model can offer the lateral displacement response of cable stays and the axial force variation in cable stays. The responses of towers and girders of the bridge determined by both OECS- and MECS-models have no great difference.
This paper provides an overview of system analysis of immunology. The theoretical research in this area is aimed at an understanding of the precise manner by which the immune system controls Infec pious diseases, cancer, and AIDS. This can provide a systematic plan for immunological experimentation by means of an integrated program of immune system analysis, mathematical modeling and computer simulation. Biochemical reactions and cellular fission are naturally modeled as nonlinear dynamical processes to synthesize the human immune system! as well as the complete organism it is intended to protect. A foundation for the control of tumors is presented, based upon the formulation of a realistic, knowledge based mathematical model of the interaction between tumor cells and the immune system. Ordinary bilinear differential equations which are coupled by such nonlinear term as saturation are derived from the basic physical phenomena of cellular and molecular conservation. The parametric control variables relevant to the latest experimental data are also considered. The model consists of 12 states, each composed of first-order, nonlinear differential equations based on cellular kinetics and each of which can be modeled bilinearly. Finally, tumor control as an application of immunotherapy is analyzed from the basis established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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