Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.3
s.55
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pp.101-109
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2009
An algorithm is proposed for estimating dynamic displacements of a bridge by using FBG sensors and by superposing some measurable low modes. Modal displacements are obtained from the beam theory and the generalized coordinates are deduced from the strains measured by FBG sensors. By considering flexural and torsional modes occurred in bridges only as flexural modes of a simply supported beam by separating a bridge into multiple girders or parts, the proposed algorithm can be applied to various types of bridges. Guidelines are provided theoretically for determining the number of modes and the number of strain gages to be used. The proposed algorithm has been examined through simulation studies on various types of bridges, laboratory experiments on a model bridge, and field tests on a simple span PC Box girder bridge. Through the simulation study, the effects of the error in the vibration modes and measurement noise on estimating the dynamic displacements are analyzed.
In this work, quasi three-dimensional (quasi-3D) shear deformation theory is presented for bending and dynamic analysis of functionally graded (FG) plates. The effect of varying material properties and volume fraction of the constituent on dynamic and bending behavior of the FG plate is discussed. The benefit of this model over other contributions is that a number of variables is diminished. The developed model considers nonlinear displacements through the thickness and ensures the free boundary conditions at top and bottom faces of the plate without using any shear correction factors. The basic equations that account for the effects of transverse and normal shear stresses are derived from Hamilton's principle. The analytical solutions are determined via the Navier procedure. The accuracy of the proposed formulation is proved by comparisons with the different 2D, 3D and quasi-3D solutions found in the literature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1399-1406
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2011
The reducer of the mixer is one of the main parts of the processor used for water and wastewater treatment. In this study, an advanced reducer with a drywell structure was developed in order to prevent oil leakage during operation in the field. During the development of the advanced reducer prototype, a mockup, a metal mold, and a cast were made using CAD and a CNC machine. The structural safety of the reducer prototype's lower housing (drywell structure) was checked using the ALGOR commercial FEM analysis code, which yielded a von Mises stress of about 123 N/mm2, which is below the yield stress of 250 N/$mm^2$, and a natural frequency of about 650-700 Hz. In addition, the torque transmission efficiency for the advanced prototype was 95.87%, which is about 8% more than that found in a previous study, 88.45%, and the sound level was below 75 dB. Furthermore, no oil leakage or abnormal sound or vibration occurred. Therefore, an optimally designed advanced reducer prototype has been successfully developed.
Jang, Hyun-Gil;Nho, In Sik;Hong, Chang-Ho;Lee, Chang-Sup
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.1
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pp.1-7
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2013
The high-skewed and/or composite propellers of current interests to reduce the ship vibration and to increase the acoustic performance are likely to be exposed to the unexpected structural problems. One typical example is that the added mass effect on the propellers working in the non-uniform wake field reduces the natural frequency of the propeller leading to the resonance with the low-frequency excitation of the external forces. To avoid this resonance problem during the design stage, the technique of fluid-structure interaction has been developed, but the higher-order effect of the blade geometry deformation is not yet considered in evaluating the added mass effects. In this paper the fluid boundary-value problem is formulated by the potential-based panel method in the inviscid fluid region with the velocity inflow due to the body deformation, and the structural response of the solid body under the hydrodynamic loading is solved by applying the finite element method which implements the 20-node iso-parametric element model. The fluid-structure problem is solved iteratively. A basic fluid-sturcture interaction study is performed with the simple rectangular plates of thin thickness with various planform submerged in the water of infinite extent. The computations show good correlation with the experimental results of Linholm, et al. (1965).
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.1
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pp.61-68
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2009
This paper is concerned with the investigation of the structural behavior of waffle structure. Parametric variation on waffle floor thickness, main beam depth and column sizes are imposed to study the effects on mode shapes and natural frequencies of waffle structures. Comparisons between FEM models using shell and 3D-solid elements have also been made. The analysis result has shown that the mode frequencies increase with i) increase in main beam depth at level 2 and ii) decrease in waffle slab thickness at level 3. Both 3D and 2D model shown similar mode shapes. Besides, there is a consistent difference in mode frequencies between 3D and 2D model ranging from 25% to 36%.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.4
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pp.18-24
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2015
Non-destructive testing (NDT) methods are widely used in the construction industry to diagnose the defects/strength of the concrete structure. However, it has been reported that the results obtained from NDT are having low reliability. In order to resolve this issue, four kinds of NDT test (ultrasonic velocity measurements by P-wave and S-wave and the impact resonance methods by longitudinal vibration and deformation vibration) were carried out on 180 concrete cylinders made with two kinds of mix proportions. The reliability of the NDT results was analyzed and compared through the measurement of the actual compressive strength of the concrete cylinders. The statistical analysis of the results was revealed that the ultrasonic velocity method by S-wave is having lowest coefficient of variation and also most capable of stable observation. Analytical equations were established to estimate the compressive strength of the concrete from the obtained NDT results by relating the actual compressive strength. Moreover the equation established by the ultrasonic velocity method by S-wave had the highest coefficient of determination. Further studies on the stability of non-destructive testing depending on various mixing conditions will be necessary in the future.
Full scale measurement on the structural dynamic characteristics and Vortex-induced Vibrations (VIV) of a long-span suspension bridge with a central span of 1650 m were conducted. Different Finite Element (FE) modeling principles for the separated twin-box girder were compared and evaluated with the field vibration test results, and the double-spine model was determined to be the best simulation model, but certain modification still needs to be made which will affect the basic modeling parameters and the dynamic response prediction values of corresponding wind tunnel tests. Based on the FE modal analysis results, small-scaled and large-scaled sectional model tests were both carried out to investigate the VIV responses, and probable Reynolds Number effects or scale effect on VIV responses were presented. Based on the observed VIV modes in the field measurement, the VIV results obtained from sectional model tests were converted into those of the three-dimensional (3D) full-scale bridge and subsequently compared with field measurement results. It is indicated that the large-scaled sectional model test can probably provide a reasonable and effective prediction on VIV response.
Kim, Tae-Jin;Kang, Hee-Jun;Kim, Chul;Chu, Suck-Jae;Kim, Ho-Yun
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.6
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pp.47-54
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2008
Fitting process carried out in the automobile transmission assembly line is classified into three classes; heat fitting, press fitting, and their combined fitting. Heat fitting is a method that heats gear to a suitable range under the tempering temperature and squeezes it toward the outer diameter of shaft. Its stress depends on the yield strength of gear. Press fitting is a method that generally squeezes gear toward that of shaft at room temperature by a press. Another method heats warmly gear and safely squeezes it toward that of shaft. Warm shrink fitting process for the automobile transmission part is now gradually increased, but the parts (shaft/gear) assembled by this process produced dimensional changes in both the outer diameter and profile of the gear. So that it may cause noise and vibration between gears. In order to solve these problems, we need an analysis of warm shrink fitting process, in which design parameters are involved; contact pressure according to fitting interference between outer diameter of shaft and inner diameter of gear, fitting temperature, and profile tolerance of gear. In this study, an closed form equation to predict contact pressure and fitting load was proposed in order to develop an optimization technique of the warm shrink fitting process and verified its reliability through the experimental results measured in the field and FEM, that is, thermal-structural coupled field analysis. Actual loads measured in the field was in good agreements with the results obtained by the theoretical and finite element analysis.
This work proposes a theoretical and numerical study on the behavior of a tapered shaft rotor made of composite materials by the classical version h and the version p of the finite element method. Hierarchical form functions are used to define the model. The purpose of this paper is to determine the expressions of the kinetic and potential energies of the tree necessary for the results of the equations of motion. A comparison between the version h and the p version of the finite element method of the functions of polynomial and trigonometric hierarchical forms with six degrees of freedom per node, of a composite tapered and cylindrical shaft which rotates at a constant speed about its axis. It is found that when the number of functions of form (the version p) is increased, the solution converges. It is also observed that the conicity of the shaft increases the rigidity with respect to a uniform shaft having the same mechanical properties. The numerical simulation allowed us to determine the natural frequencies and the critical speeds of the composite shaft systems are compared with those available in the literature and the effectiveness of the methods used are discussed.
Due to the rugged terrain, metro lines in mountain city across numerous wide rivers and deep valleys, resulting in instability of high-pier bridge and insecurity of metro train subjected to fluctuating crosswind. To ensure the safe operation in metro lines in mountain cities, running safety of the metro train over the high-pier bridge under crosswind is analyzed in this paper. Firstly, the dynamic model of the wind-train-bridge (WTB) system is built, in which the speed-up effect of crosswind is fully considered. On the basis of time domain analysis, the basic characteristics of the WTB system with high-pier are analyzed. Afterwards, the dynamic responses varies with train speed and wind speed are calculated, and the safety zone of metro train over a high-pier bridge subjected to fluctuating crosswind in mountain city is determined. The results indicate that, fluctuating crosswind triggers drastic vibration to the metro train and high-pier bridges, which in turn causes running instability of the train. For this reason, the corresponding safety zone for metro train running on the high-pier is proposed, and the metro traffic on the high-pier bridge should be closed as the mean wind speed of standard height reaches 9 m/s (15.6 m/s for the train).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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