Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.2
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pp.171-181
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2004
This paper developed the theoretical method to predict structural performances and weight reduction rates of a carbody when its materials should be substituted. For the material substitution design of the carbody, the bending, axial and twisting deformations are evaluated under the constant stiffness and strength conditions. For the design of the primary structures such as the center beams, the cross beams and the cantrails, the bending and axial deformations are investigated under the condition of the constant bending stiffness, the constant bending or buckling strength by considering both the material properties and the cross sectional shapes. The developed indices to measure the weight reduction by the material substitution give good informations on the weak and strong points of a carbody design.
Kim, Hong-Taek;Kwon, Young-Ho;Kang, In-Kyu;Park, Sa-Won;Kang, Yun
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.10a
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pp.427-434
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2002
In Korea, there are recently many attempts to expand a temporary soil nailing system into a permanent soil nailing system since the first construction in 1993. In the downtown area, it is important that the relaxation of the ground is minimized in the ground excavation works. Due to these problems, soil nailing systems are often used the flexible facing such as shotcrete rather than the rigid facing such as SCW, CIP, and jet grout types in Korea. The soil nailing systems with rigid facings are used greatly however it is insufficient researches for design and analysis of soil nailing systems with rigid facings. In this study, various laboratory model tests are carried out to examining the influence the rigidity of facings on the global safety of soil nailing system, failure loads, displacement behaviour, axial force acting on the nails, and distribution of earth pressure. Also, the parametric studies are carried out for the typical section of soil nailed walls according to thickness of concrete facings and internal friction angle of soil using the numerical technique as shear strength reduction technique.
This paper presents a novel structural damage detection method with a new damage index based on the statistical moments of dynamic responses of a structure under a random excitation. After a brief introduction to statistical moment theory, the principle of the new method is put forward in terms of a single-degree-of-freedom (SDOF) system. The sensitivity of statistical moment to structural damage is discussed for various types of structural responses and different orders of statistical moment. The formulae for statistical moment-based damage detection are derived. The effect of measurement noise on damage detection is ascertained. The new damage index and the proposed statistical moment-based damage detection method are then extended to multi-degree-of-freedom (MDOF) systems with resort to the leastsquares method. As numerical studies, the proposed method is applied to both single and multi-story shear buildings. Numerical results show that the fourth-order statistical moment of story drifts is a more sensitive indicator to structural stiffness reduction than the natural frequencies, the second order moment of story drift, and the fourth-order moments of velocity and acceleration responses of the shear building. The fourth-order statistical moment of story drifts can be used to accurately identify both location and severity of structural stiffness reduction of the shear building. Furthermore, a significant advantage of the proposed damage detection method lies in that it is insensitive to measurement noise.
This study devises a novel approach, namely quadruple 1D convolutional neural network, for detecting connection stiffness reduction in steel truss bridge structure using experimental and numerical modal data. The method is developed based on expertise in two domains: firstly, in Structural Health Monitoring, the mode shapes and its high-order derivatives, including second, third, and fourth derivatives, are accurate indicators in assessing damages. Secondly, in the Machine Learning literature, the deep convolutional neural networks are able to extract relevant features from input data, then perform classification tasks with high accuracy and reduced time complexity. The efficacy and effectiveness of the present method are supported through an extensive case study with the railway Nam O bridge. It delivers highly accurate results in assessing damage localization and damage severity for single as well as multiple damage scenarios. In addition, the robustness of this method is tested with the presence of white noise reflecting unavoidable uncertainties in signal processing and modeling in reality. The proposed approach is able to provide stable results with data corrupted by noise up to 10%.
A probabilistic assessment of the seismic-excited buildings with a multiple-tuned-mass-damper (MTMD) system is carried out in the presence of uncertainties of the structural model, MTMD system, and the stochastic model of the seismic excitations. A free search optimization procedure of the individual mass, stiffness and, damping parameters of the MTMD system based on the snap-drift cuckoo search (SDCS) optimization algorithm is proposed for the optimal design of the MTMD system. Considering a 10-story structure in three cases equipped with single tuned mass damper (STMS), 5-TMD and 10-TMD, sensitivity analyses are carried out using Sobol' indices based on the Monte Carlo simulation (MCS) method. Considering different seismic performance levels, the reliability analyses are done using MCS and kriging-based MCS methods. The results show the maximum structural responses are more affected by changes in the PGA and the stiffness coefficients of the structural floors and TMDs. The results indicate the kriging-based MCS method can estimate the accurate amount of failure probability by spending less time than the MCS. The results also show the MTMD gives a significant reduction in the structural failure probability. The effect of the MTMD on the reduction of the failure probability is remarkable in the performance levels of life safety and collapse prevention. The maximum drift of floors may be reduced for the nominal structural system by increasing the TMDs, however, the complexity of the MTMD model and increasing its corresponding uncertainty sources can be caused a slight increase in the failure probability of the structure.
In Korea there are recently many attempts to expand a temporary soil nailing system into a permanent soil nailing system since the first construction in 1993. In the soil nailing system, the rigid facing walls act on restraining the deformation of the ground. These are purposed to minimize the damage of adjacent buildings or underground structures. In Korea, to minimize the relaxation of the ground, the soil nailing system in the downtown area is often used experientially together with braced cuts, sheet pile walls, soil cement walls (SCW), or jet grouting walls. However, for the conservative design, the confining effects by the stiff facing have been ignored because the proper design approach of considering the facing stiffness has not been proposed. In this study, various laboratory model tests are carried out to examining the influence the rigidity of facings on the global safety of soil nailing system. Also, the parametric studies using the numerical technique as shear-strength reduction technique are carried out. In the parametric study, the thickness of concrete facing walls is changed to identify the effects of the facing wall stiffness.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.51
no.4
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pp.169-174
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2002
This paper presents a high-resolution capactive microaccelerometer using branched finger electrodes with high-amplitude sense voltage. From the fabricated microacceleromcter, the total noise is obtained as 9 $\mu\textrm{g}$/√Hz at the sense voltage of 16.5V, while the conventional microaccelerometers have shown the noire level of 25~800 $\mu\textrm{g}$/√Hz. We reduce the mechanical noise level of the microaccelerometer by increasing the proof-class based on deep RIE process of an SOI wafer. We reduce the electrical noise level by increasing the amplitude of AC sense voltage. The nonlinearity problem caused by the high-amplitude sense volage has been solved by a new electrode design of branched finger type, resulting in self force-balancing effects for the enhanced linearity and bandwidth. The fabricated microaccelerometer shows the electrical noise of 2.4 $\mu\textrm{g}$/√Hz at the sense voltage of 16.5V, which is an order of magnitude reduction of the electrical noise of 24.3 $\mu\textrm{g}$/√Hz measured at 0.9V. For the sense voltage higher than 2V, the electrical noise of the microaccelerometer is lower than the voltage-independent mechanical noise of 11 $\mu\textrm{g}$/√Hz. Total noise, composed of the electrical noise and the mechanical noire, has been measured as 9 $\mu\textrm{g}$/√Hz at the sense voltage of 16.5V, which is 31% of the total noise of 28.6 $\mu\textrm{g}$/√Hz at the sense voltage 0.9V. The self force-balancing effect in the blanched finger electrodes increases the stiffness of the microaccelerometer from 1.1N/m to 1.61N/m as the sense voltage increases from 0V to 17.8V, thereby generating additional stiffness at the rate of 0.0016$\pm$0.0008 N/m/V$^2$.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.443-444
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2011
This paper discusses a model order reduction for large order rotor dynamics systems results from the finite element discretization. Typical rotor systems consist of a rotor, built-on parts, and a support system, and require prudent consideration in their dynamic analysis models because they include unsymmetric stiffness, localized nonproportional damping and frequency dependent gyroscopic effects. When the finite element model has a very large number of degrees of freedom because of complex geometry, repeated dynamic analyses to investigate the critical speeds, stability, and unbalanced response are computationally very expensive to finish within a practical design cycle. In this paper, the Krylov-based model order reduction via moment matching significantly speeds up the dynamic analyses necessary to check eigenvalues and critical speeds of a Nelson-Vaugh rotor system. With this approach the dynamic simulation is efficiently repeated via a reduced system by changing a running rotational speed because it can be preserved as a parameter in the process of model reduction. The Campbell diagram by the reduced system shows very good agreement with that of the original system. A 3-D finite element model of the Nelson-Vaugh rotor system is taken as a numerical example to demonstrate the advantages of this model reduction for rotor dynamic simulation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.5
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pp.100-112
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2011
This paper studied on a theoretical approach to predict structural performances and weight -reduction rates of hybrid bodyshells in case that the material of underframe structure is substituted. To choose other light-weight materials to be substituted for the original underframe material, compressive, bending and twisting deformations are considered under constant stiffness and strength conditions, which derive some new weight-reduction indices from a structural performance point of view. Next, these weight-reduction indices were verified using the finite element analyses of some simplified examples. It is shown that the derived indices to estimate the weight-reduction can be utilized as a good criterion for material substitution of the underframe at a basic design stage.
Steel shear wall possesses priority over many of the current lateral load-bearing systems due to reasons like higher elastic stiffness, desirable ductility and energy absorption, convenience in construction and implementation technology, and economic criteria. Besides these advantages, this system causes increase in the dimensions of other structural elements due to its high stiffness as one of its intrinsic characteristics. One of the methods for stiffness reduction is perforating the wall panel and creating openings in the wall that can also be used as windows or ducts in buildings service period. The aim of the present study is probing the appropriate geometric shape and location of opening to fulfil economic criterion plus technical and seismic design criteria. In the present research, a number of possible while reasonable opening shapes and locations are defined in various sizes for some steel shear wall specimens. The specimens are modelled in ABAQUS finite elements software and analyzed using nonlinear pushover analysis. Finally, the analyses' results are reported as force-displacement diagrams and the strength, the initial stiffness and the energy absorption are calculated for all specimens and compared together. The obtained results show that both shape and location of the openings affect the seismic parameters of the shear wall. The specimens in which the openings are further from the center and closer to the columns possess higher stiffness and strength while the specimens in which the openings are closer to the center show more considerable changes in their seismic parameters in response to increase in opening area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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