The present paper deals with the finite element analysis of water tanks with rigid baffle. Fluid is discretized by two dimensional eight-node isoparametric elements and the governing equation is simulated by pressure based formulation to reduce the degrees of freedom in the domain. Both free vibration and force vibration analysis are carried out for different sizes and positions of block at tank bottom. The fundamental frequency depends on block height and it reduces with the increase of block height. The variation of hydrodynamic pressure on tank walls not only depends of the exciting frequency but also on the size and position of rigid block at tank bottom. The hydrodynamic pressure has higher value when the exciting frequency is equal and lower than the fundamental frequency of the water in the tank. Similarly, the hydrodynamic pressure increases with the increase of width of the block for all exciting frequencies when the block is at the centre of tank. The left and right walls of tank have experienced different hydrodynamic pressure when the block is placed at off-centre. However, the increase in hydrodynamic pressure on nearest tank wall becomes insignificant after a certain value of the distance between the wall and the rigid block.
Di Egidio, Angelo;Pagliaro, Stefano;Fabrizio, Cristiano;de Leo, Andrea M.
Coupled systems mechanics
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제8권4호
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pp.351-375
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2019
The present work investigates the use of a rigid rocking block as a tool to reduce vibrations in a frame structure. The study is based on a simplified model composed by a 2-DOF linear system, meant to represent a general M-DOF frame structure, coupled with a rocking rigid block through a linear visco-elastic device, which connects only the lower part of the 2-DOF system. The possibility to restrain the block directly to the ground, by means of a second visco-elastic device, is investigated as well. The dynamic response of the model under an harmonic base excitation is then analysed in order to evaluate the effectiveness of the coupling in reducing the displacements and the drift of the 2-DOF system. The nonlinear equations of motion of the coupled assemblage 2-DOF-block are obtained by a Lagrangian approach and then numerically integrated considering some reference mechanical and geometrical quantities as variable parameters. It follows an extensive parametric analysis, whose results are summarized through behaviour maps, which portray the ratio between the maximum displacements and drifts of the system, with and without the coupling with the rigid block, for several combinations of system's parameters. When the ratio of the displacements is less than unity, the coupling is considered effective. Results show that the presence of the rocking rigid block improves the dynamics of the system in large ranges of the characterizing parameters.
The performance of slopes during earthquake is often accessed in terms of permanent deformation. In the assessment of permanent deformation, Newmark-type rigid block analysis is widely used. Original Newmark-type block approach, however, assumes the potential sliding mass to be rigid, and has been criticized to be potentially unconservative. The paper reviews analytically the impact of this noncompliance assumption on computed permanent deformations. The results indicate that there is a simple criterion that can be used to determine the level of conservativeness of the rigid block approach in cases of gently-sloping slip surfaces and retaining walls.
Polyimides and related polymers, when synthesized from aromatic monomers, have generally rigid chain structures resulting in a low gas permeability. The rigidity of polymer chains reduces the segmental motion of chains and works as a good barrier against gas transport. To overcome the limit of use as materials of gas separation membranes due to low gas permeability, block copolymers with the incorporation of flexible segments like siloxane linkage and ether linkage have been studied. These block copolymers have microphase-separated structures composed of microdomains of flexible poly(dimethylsiloxane) or polyether segments and of rigid polyimides segments. In case of rigid-flexible block copolymers, the characteristics of both phases for gas permeation are of great difference. The permeation of gas molecules occurs favorably through microdomains of flexible segments, whereas those of rigid segments hinder the permeation of gas molecules. Accordingly the increase of content of flexible segments in a rigid polymer matrix will increase the gas permeability of the membrane linearly. However, this prediction does not satisfy enough many experimental results and in particular the drastic increase of the permeability is observed in a certain volume fraction. It was proposed that the gas transport mechanism is dominated by diffusion rather than gas solubility in a certain content of flexible phase if solution-diffusion mechanism is adopted. However, the transition from solubility-dependent to diffusion-dependent cannot be explained by the understanding of mechanism itself. Therefore, we consider an effective chemical path which permeable phase can form in a microheterogenous medium, and percolation concept is introduced to describe the permeability transition at near threshold where for the first time a percolation path occurs. The volume fraction of both phases is defined as V$_{\alpha}$ and V$_{\beta}$ in block copolymers, and the volume of $\beta$ phase in the threshold forming geometrically a traversing channel is defined as V$_{\betac}$. The formation mechanism of shortest chemical channel is schematically depicted in Fig. 1.
선형 롤러베어링은 하중이 크고 정밀성이 요구되는 이송장치를 지지하기 위해 광범위하게 사용되는 기계요소이다. 본 논문에서는 외력을 받는 선형 롤러베어링의 변위를 계산하기 위한 새로운 모델링 방법을 제시하였다. 먼저 LM 블록을 강체로 가정하여 롤러와 LM 블록의 지배방정식을 유도하였고 Newton-Raphson법을 이용해 계산하였다. 롤러와 레이스 사이의 접촉하중은 롤러의 형상을 고려하여 슬라이싱 기법을 이용하여 계산하였다. 강체 LM 블록 모델에 의해 계산된 접촉하중을 활용하여 LM 블록의 구조적 변형을 유한요소 모델로부터 계산하였다. 최종적인 변위는 강체 LM 블록을 가정한 모델로부터 계산된 변위와 LM 블록 구조해석 결과를 조합하여 도출하였다. 제안된 방법에 의한 결과와 베어링 제작 업체 프로그램 결과와의 비교를 통해 제안된 방법을 검증하였다.
A linkage mechanism is a device to convert an input motion into a desired output motion. Traditional linkage mechanism designs are based on trial and error approaches so that size or shape changes of an original mechanism often result in improper results. In order to resolve these problems, an improved automatic mechanism synthesis method that determines the linkage type and dimensions by using an optimization method during the synthesis process has been proposed. For the synthesis, a planar linkage is modeled as a set of rigid blocks connected by zero-length translational springs with variable stiffness. In this study, the sizes of rigid blocks were also treated as design variables for more general linkage synthesis. The values of spring stiffness and the size of rigid block yielding a desired output motion at the end-effecter are found by using an optimization method.
In this paper the linear elastic coupling between a 2 degree of freedom shear-type frame system and a rigid block is analytically and experimentally investigated. As demonstrated by some of the authors in previous papers, it is possible to choose a coupling system able to guarantee advantages, whatever the mechanical characteristics of the frame. The main purpose of the investigation is to validate the analytical model. The nonlinear equations of motion of the coupled system are obtained by a Lagrangian approach and successively numerically integrated under harmonic and seismic excitation. The results, in terms of gain graphs, maps and spectra, represent the ratio between the maximum displacements or drifts of the coupled and uncoupled systems as a function of the system's parameters. Numerical investigations show the effectiveness of the nonlinear coupling for a large set of parameters. Thus experimental tests are carried out to verify the analytical results. An electro-dynamic long-stroke shaker sinusoidally and seismically forces a shear-type 2 d.o.f frame coupled with a rigid aluminium block. The experimental investigations confirm the effectiveness of the coupling as predicted by the analytical model.
This paper deals with rocking response behavior of rigid block structure subjected to horizontal excitation. A strict consideration of impact and sliding between the block and base is essential to investigate the rocking vibration characteristics because the rocking behavior were greatly influenced by the impact and sliding motion. Therefore, not only restitution coefficient between the block and base but also the energy dissipation rate which is associated with sliding motion, and the static and kinetic friction coefficient between those should be included in the modeling of rocking system. The analytic program was developed to be able to simulate the experimental responses of the block subjected to horizontal sinusoidal excitations. By using this program, rocking responses were numerically calculated by the nonlinear equations for rocking system. From the response simulation and rocking vibration experiment, the following results were obtained. The rocking responses are affected by the impact motion due to energy dissipation and friction and provide very complex behavior. The toppling condition of the block is also influenced by the impact motion and sliding motion.
This research deals with the nonlinearities of rocking vibration associated with impact and sliding on the rocking behavior of rigid block under two dimensional sinusoidal excitation which has different frequencies in two excitation direction. The varied excitation direction influences not only the rocking response but also the sliding motion and the rocking response shape. Chaotic responses are observed in wider excitation amplitude region, when the frequencies in each excitation direction are different. The complex behavior of chaotic response, in the phase space, is related with the trajectory of base excitation and sliding motion.
한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.448-454
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2000
Piled multi-block system has been frequently adopted in the historic structures or monuments of cultural heritage. It is well known that such a structural system is very vulnerable to the earthquake shaking. If the structure is of slender type, then it may experience overturning at very low level intensity of ground shaking. One of the methods used to protect such structures from earthquake is seismic isolation system. But the behavior of multi-block systems mounted on the isolated basis is not well understood yet. In this paper we investigate the dynamic behavior of single slender rigid block mounted on the three different isolation systems, i.e., P-F system, FPS and LRB system. Sliding at the isolation interface of P-F system and FPS is formulated based on Coulomb friction. The mounted single block is assumed undergoing rocking or sticking only. Impacting of a single block is described using distinct element method (DEM). Free vibrations due to a prescribed initial conditions are studied. Responses to the harmonic excitation and earthquake motions are calculated
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