Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.2
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pp.30-37
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2014
In this study, we studied how to perform the structural analysis which need a large-capacity flash memory with the computer program when the flash memory storage of a personal computer has no enough room for the analysis of structure. As one of the solutions of this problem, the blocking method of stiffness matrix, which is a method that stiffness matrix is divided by a few blocks and each block is sequentially used for the calculation of matrix decomposition, is proposed and an algorithm available in computer program is derived on the method. Finally, A structural analysis program (sNs) based on this study is developed and the correctness and efficiency of the algorithm is founded through some examples which are fundamental in structural analysis.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.2
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pp.79-88
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2016
Modular buildings are constructed by assembling modular units which are prefabricated in a factory and delivered to the site. However, due to a problem of noise between floors, concrete slab is usually poured at the top or bottom level of a modular unit in Korea. This greatly increases the weight of buildings, but designing vertical members of modular units to resist overall gravity loads is very inefficient. In this study, considering domestic building construction practices, feasible structural systems for tall modular buildings are proposed in which separate steel frames and reinforced concrete core walls are designed to resist gravity and lateral loads. To verify performance, a three-dimensional structural analysis has been performed with two types of prototype buildings, i.e., a residential building and a hotel. From the results, wind-induced lateral displacements and seismic story drifts are examined and compared with their limit values. Between the two kinds of buildings, the efficiency of the proposed system is also evaluated through a comparison of the weight of structural components. Finally, the effect of a floor diaphragm on the overall behavior is analyzed and discussed.
Kamalzare, Mahmoud;Johnson, Erik A.;Wojtkiewicz, Steven F.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.3
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pp.847-862
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2015
Typical base isolated buildings are designed so that the superstructure remains elastic in design-level earthquakes, though the isolation layer is often quite nonlinear using, e.g., hysteretic elements such as lead-rubber bearings and friction pendulum bearings. Similarly, other well-performing structural control systems keep the structure within the linear range except during the most extreme of excitations. Design optimization of these isolators or other structural control systems requires computationally-expensive response simulations of the (mostly or fully) linear structural system with the nonlinear structural control devices. Standard nonlinear structural analysis algorithms ignore the localized nature of these nonlinearities when computing responses. This paper proposes an approach for the computationally-efficient optimal design of passive isolators by extending a methodology previously developed by the authors for accelerating the response calculation of mostly linear systems with local features (linear or nonlinear, deterministic or random). The methodology is explained and applied to a numerical example of a base isolated building with a hysteretic isolation layer. The computational efficiency of the proposed approach is shown to be significant for this simple problem, and is expected to be even more dramatic for more complex systems.
Within the context of Structural Health Monitoring (SHM), it is often the case that structural systems are described by uncertainty, both with respect to their parameters and the characteristics of the input loads. For the purposes of system identification, efficient modeling procedures are of the essence for a fast and reliable computation of structural response while taking these uncertainties into account. In this work, a reduced order metamodeling framework is introduced for the challenging case of nonlinear structural systems subjected to earthquake excitation. The introduced metamodeling method is based on Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input (NARX), able to describe nonlinear dynamics, which are moreover characterized by random parameters utilized for the description of the uncertainty propagation. These random parameters, which include characteristics of the input excitation, are expanded onto a suitably defined finite-dimensional Polynomial Chaos (PC) basis and thus the resulting representation is fully described through a small number of deterministic coefficients of projection. The effectiveness of the proposed PC-NARX method is illustrated through its implementation on the metamodeling of a five-storey shear frame model paradigm for response in the region of plasticity, i.e., outside the commonly addressed linear elastic region. The added contribution of the introduced scheme is the ability of the proposed methodology to incorporate uncertainty into the simulation. The results demonstrate the efficiency of the proposed methodology for accurate prediction and simulation of the numerical model dynamics with a vast reduction of the required computational toll.
To ensure safety and long term performance, structural control has rapidly matured over the past decade into a viable means of limiting structural responses to strong winds and earthquakes. Nonlinear response history analysis requires rigorous procedure to compute seismic demands. Therefore the simplified nonlinear analysis procedures are useful to determine performance of the structure. In this investigation, application of improved capacity demand diagram method in the control of structural system is presented for the first time. Developed pole assignment method (DPAM) in structural systems control is introduced. Genetic algorithm (GA) is employed as an optimization tool for minimizing a target function that defines values of coefficient matrices providing the placement of actuators and optimal control forces. The ground acceleration is modified under induced control forces. Due to this, performance of structure based on improved nonlinear demand diagram is selected to threshold of nonlinear behavior of structure. With small energy consumption characteristics, semi-active devices are especially attractive solutions for limiting earthquake effects. To illustrate the efficiency of DPAM, a 30-story steel moment frame structure employing the semi-active control devices is applied. In comparison to the widely used linear quadratic regulation (LQR), the DPAM controller was shown to be just as effective and better in the reduction of structural responses during large earthquakes.
With an annual growth rate of about 30%, wind energy systems, such as wind turbines, represent one of the fastest growing renewable energy technologies. Continuous structural health monitoring of wind turbines can help improving structural reliability and facilitating optimal decisions with respect to maintenance and operation at minimum associated life-cycle costs. This paper presents an integrated monitoring system that is designed to support structural assessment and life-cycle management of wind turbines. The monitoring system systematically integrates a wide variety of hardware and software modules, including sensors and computer systems for automated data acquisition, data analysis and data archival, a multiagent-based system for self-diagnosis of sensor malfunctions, a model updating and damage detection framework for structural assessment, and a management module for monitoring the structural condition and the operational efficiency of the wind turbine. The monitoring system has been installed on a 500 kW wind turbine located in Germany. Since its initial deployment in 2009, the system automatically collects and processes structural, environmental, and operational wind turbine data. The results demonstrate the potential of the proposed approach not only to ensure continuous safety of the structures, but also to enable cost-efficient maintenance and operation of wind turbines.
Data Envelopment Analysis model is a linear programming based technique for measuring the relative performance of organizational units where the presence of multiple inputs and outputs makes comparison difficult. A common measure for relative efficiency is weighted sum of outputs divided by weighted sum of inputs. DEA model allows each unit to adopt a set of weight that shows it in the most favorable light in comparison to the other unit. In this paper, we present the mathematical background and characteristics of DEA model, and give a short case study where we apply the DEA model to evaluate the relative efficiencies of 51 global electricity companies. The technical efficiency and scale efficiency are also to be investigated. Generating capacity and the number of employees are used for input data, and revenue, net profit and electricity sales are used for output data. We find that the companies with 100% relative efficiency are only 9 among 51 electricity companies. And the technical and scale efficiency of KEPCO is 98.7% and 78.89%, respectively. This means that the inefficiency of KEPCO is caused by the scale inefficiency. The analysis shows that the employees should be decreased by 15% at minimum to get the 100% efficiency. The result suggests that KEPCO needs the structural reform to improve the efficiency.
To meet both increasing social demand for reduction of fine dust and the strengthened air pollutant emission standards, this paper indicated performance enhancement of FGD with structural constraints in 500 MW coal fired thermal power plant's. Through modifying internal facilities for flue gases to make swirl in the absorption tower, it made turbulence and increased the efficiency of material transfer, the reaction area and time with the limestone slurry. Therefore, it could reduce dust and enhance the performance of collecting the SO2. As a result, desulfurization efficiency was improved from 91.61% to 98.43% and dust removal efficiency was improved from 77.4% to 87.08%. Emission density is 7.85 ppm of SO2 and 4.67 mg/㎥ of dust. This is a level that satisfies emission limit of 25 ppm of SO2 and 5 mg/㎥ of dust which are the air pollutant emission standards of 2023. The performance enhancement method of this study is expected to be effectively applied to other coal-fired power plants with similar constraints.
In this paper, we describe the design details and their implementation of a workflow model (or business process model) analysis system to be used for enhancing resource allocation efficiency and operational performance of enterprise workflows. In other word, the analysis works, proposed in this paper, on XPDL-based workflow models aim to verify the static aspects of the workflow models. Also, the system implemented in the paper is able to not only analyze structural patterns and resource allocation plans' efficiency of enterprise workflows modeled by the XPDL process definition language developed by the international standardization organization, WfMC, but also provide various forms of analytical reports. Conclusively, we strongly believe that the workflow analysis system developed in the paper enables workflow modelers to not only analyze and scrutinize structural patterns of their workflow models but also estimate their process resources assigning and planning measurements in order to improve accuracy, reliability and efficiency of enterprise workflows.
This paper proposes a robust damper design technique for adjacent structures against model uncertainty. This approach introduces multi-objective optimization based system identification using measurement information which enables reasonable selection of the perturbation range in the robust design. Moreover, in order to improve the numerical efficiency in sampling the structural models required for the robust design of large structures, we define new objective functions which enable us to minimize the number of candidate models suitable to the purpose of the robust design. In addition, the performance index is newly employed to evaluate the robust performance of the sampled structural models, and the robust design has been performed according to the performance index. As a numerical example to demonstrate the efficiency of the proposed method, 5-story and 10-story two adjacent buildings are taken into account, and the existing and newly proposed robust design approaches are compared with each other. The results demonstrate that the proposed approach can guarantee more robust damper system only using small number of samples of the structural models because of using the measurement information which leads to improvement in the numerical efficiency, compared with the existing robust design methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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