This paper presents a new algorithm to determine the pre-loads that sustain the static equilibrium state in a given position. The algorithm which uses a partial velocity matrix leads to an unconstrained optimization problem to compute the pre-loads of the suspensions. To demonstrate the validity of the proposed algorithm, the static analysis results that employ the pre-loads of three examples are presented using a reliable commercial program. Results of the analysis confirm the validity of the proposed algorithm.
This paper presents the solution of large static deflection due to uniformly distributed self weight and the critical or maximum applied uniform loading that a simply supported beam with variable-arc-length can resist. Two analytical approaches are presented and validated experimentally. The first approach is a finite-element discretization of the span length based on the variational formulation, which gives the solution of large static sag deflections for the stable equilibrium case. The second approach is the shooting method based on an elastica theory formulation. This method gives the results of the stable and unstable equilibrium configurations, and the critical uniform loading. Experimental studies were conducted to complement the analytical results for the stable equilibrium case. The measured large static configurations are found to be in good agreement with the two analytical approaches, and the critical uniform self weight obtained experimentally also shows good correlation with the shooting method.
Intensive rainfall during the summer season in Korea has triggered numerous devastating landslides outside of downtown in mountainous areas. The 2D slope stability analysis that is generally used for cut slopes and embankments is inadequate to model slope failure in mountainous areas. This paper presents a new 3D slope stability formulation using the global sliding vector in the limit equilibrium method, and it uses an ellipsoidal slip surface for static and quasi-static analyses. The slip surface's flexibility of the ellipsoid shape gives a lower FS than the spherical failure shape in the Fellenius, Bishop, and Janbu's simplified methods. The increasing sub-columns of each column tend to increase the FS and converge to a steady value. The symmetrical geometric conditions of the convex turning corners do not indicate symmetrical failure of the surface in 3D analysis. Pseudo-static analysis shows that the horizontal seismic force decreases the FS and increases the mass volume at the critical failure state. The stability index takes the FS and corresponding sliding mass into consideration to assess the potential risk of slope failure in complex mountainous terrain. It is a valuable parameter for selecting a vulnerable area and evaluating the overall risk of slope failure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.87-94
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2003
A geometric non-linear finite element formulation of CRTS reflector subjected to displacement loads, corresponding to the successional assembly steps of the reflector, is presented in order to determine the initial static equilibrium state based on the displacement incremental method. Parametric analyses of the influence of cables and mechanical properties of the reflector on the shape error between reference and equilibrium surfaces have been studied. These results of the present study are compared with the others using Galerkin mothod and NASS 98 program to demonstrate the feasibility.
In this paper, the influence of ram-pressure on the static and dynamic characteristics of infinite width tilting-pad journal bearing is investigated theoretically. The ram-pressure is obtained by assumption of conservation of mechanical energy of the lubricant flow through the leading edge of the pad. The pressure in the lubricating film is numerically calculated using the ram-pressure obtained as the inlet pressure boundary condition of the pad. The static equilibrium state of tilting-pad journal bearing is determined by Newton-Raphson iteration method. A numerical results are presented in graphic form and relationships between the ram-pressure and the static and dynamic characteristics are discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.134-141
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1997
A geometrically non-linear finite element formulation of spatial cable networks is presented using three cable elements. Firstly, derivation procedures of tangent stiffness and mass matrices for the space truss element and the elastic catenary cable element, and the isoparametric cable element are summarized. The load incremental method based on Newton-Raphson iteration method and the dynamic relaxation method are presented in order to determine the initial static state of cable nets subjected to self-weights and support motions. Furthermore, static non-linear analysis of cable structures under additional live loads are performed based on the initial configuration. Challenging example problems are presented and discussed in order to demonstrate the feasibility of the present finite element method and investigate static non-linear behaviors of cable nets.
The study proposed the initial equilibrium state analysis method that considers axial deformation, in order to accurately determine the initial shape of a cable-stayed bridge. Sepecifically, the proposed method adopted the successive iteration method. In order to evaluate appropriate initial cable force introduced in the initial equilibrium state analysis, parametric studies were performed and a useful linear analysis method proposed. The geometrically nonlinear static behaviors of cable-stayed bridges were considered, using three-dimensional frame element and elastic catenary cable element. The usefulness and applicability of the analytic method proposed in this study were demonstrated using numerical examples, including a real cable-stayed bridge. The algorithm, is applicable in cases wherein axial deformation is not adopted in the fabrication camber, or final cable force is adjusted to eliminate construction and fabrication errors occurring during construction.
The nonlinear formulation using the principle of virtual work-energy for free vibration of a large-sag extensible catenary riser in two dimensions is presented in this paper. A support at one end is hinged and the other is a free-sliding roller in the horizontal direction. The catenary riser has a large-sag configuration in the static equilibrium state and is assumed to displace with large amplitude to the motion state. The total virtual work of the catenary riser system involves the virtual strain energy due to bending, the virtual strain energy due to axial deformation, the virtual work done by the effective weight, and the inertia forces. The nonlinear equations of motion for two-dimensional free vibration in the Cartesian coordinate system is developed based on the difference between the Euler's equations in the static state and the displaced state. The linear and nonlinear stiffness matrices of the catenary riser are obtained and the eigenvalue problem is solved using the Galerkin finite element procedure. The natural frequencies and mode shapes are obtained. The results are validated with regard to the reference research addressing the accuracy and efficiency of the proposed nonlinear formulation. The numerical results for free vibration and the effect of the nonlinear behavior for catenary riser are presented.
Axially compressed circular cylinders repeat symmetry-breaking bifurcation in the postbuckling region. There exist stable equilibria with all symmetry broken in the buckled configuration, and the minimum postbuckling strength is attained at the deep bottom of closely spaced equilibrium branches. The load level corresponding to such postbuckling stable solutions is usually much lower than the initial buckling load and may serve as a strength limit in shell stability design. The primary concern in the present paper is to compute these possible postbuckling stable solutions at the deep bottom of the postbuckling region. Two computational approaches are used for this purpose. One is the application of individual procedures in computational bifurcation theory. Path-tracing, pinpointing bifurcation points and (local) branch-switching are all applied to follow carefully the postbuckling branches with the decreasing load in order to attain the target at the bottom of the postbuckling region. The buckled shell configuration loses its symmetry stepwise after each (local) branch-switching procedure. The other is to introduce the idea of path jumping (namely, generalized global branch-switching) with static imperfection. The static response of the cylinder under two-parameter loading is computed to enable a direct access to postbuckling equilibria from the prebuckling state. In the numerical example of an elastic perfect circular cylinder, stable postbuckling solutions are computed in these two approaches. It is demonstrated that a direct path jump from the undeformed state to postbuckling stable equilibria is possible for an appropriate choice of static perturbations.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.9
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pp.871-876
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2011
In this paper, the equilibrium flight conditions of a Korean Traditional Bangpae Kite with low aspect ratio were analyzed by it's aerodynamic data of wind tunnel test. The data of aerodynamic forces and center of pressure of the Kite were used to calculate the relative length of bridles to satisfy the condition of settling the kite to the static equilibrium steady state between ${\theta}=30^{\circ}{\sim}60^{\circ}$. From this equilibrium flight performance analysis, we obtained ($0.88{\pm}0.02$)c of the rear bridle length corresponding to 0.88c of fixed front bridle length. These results were exact agreement with the relative bridle lengths by Korean classical method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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