The current investigation has been conducted to examine the effect of gravity loads on the seismic responses of the doubly asymmetric, three-dimensional structures comprising walls and frames. The proposed model includes the P-${\Delta}$ effects induced by the building weight. Based on the variational approach, a 3D finite element with two nodes and six DOF per node including P-${\Delta}$ effects is formulated. Dynamic and static governing equations are derived for dynamic and buckling analyzes of buildings braced by wall-frame systems. The influences of P-${\Delta}$ effects and height of the building on tip displacements under Hachinohe earthquake record are investigated through many structural examples.
In this paper, a three-dimensional model for the dynamic analysis of a flywheel based on the finite element method is presented. The static structure analysis for the model provides stress and strain distribution cloud charts. The modal analysis provides the basis of dynamic analysis due to its ability to obtain the natural frequencies and the vibration-made vectors of the first 10 orders. The results show the main faults are attrition and cracks, while also indicating the locations and patterns of faults. The harmonic response simulation was performed to gain the vibration response of the flywheel under operation. In this paper, we present a Hilbert-Huang transform (HHT) algorithm for flywheel vibration analysis. The simulation indicated that the proposed flywheel vibration signal analysis method performs well, which means that the method can lay the foundation for the detection and diagnosis in a reactor main coolant pump.
High-speed electronic digital computers have enabled engineers to employ various numerical discretization techniques for solutions of complex problems. The Finite Element Method is one of the such technique. The Finite Element Method is one of the numerical analysis based on the concepts of fundamental mathematical approximation. Three dimensional plate structures used often in partition of ship, box girder and frame are analyzed by Finite Element Method. In design of structures, the static deflections, stress concentrations and dynamic deflections must be considered. However, these problem belong to geometrically nonlinear mechanical structure analysis. The analysis of each element is independent, but coupling occurs in assembly process of elements. So, to overcome such a difficulty the shell theory which includes transformation matrix and a fictitious rotational stiffness is taken into account. Also, the Mindlin's theory which is considered the effect of shear deformation is used. The Mindlin's theory is based on assumption that the normal to the midsurface before deformation is "not necessarily normal to the midsurface after deformation", and is more powerful than Kirchoff's theory in thick plate analysis. To ensure that a small number of element can represent a relatively complex form of the type which is liable to occur in real, rather than in academic problem, eight-node quadratic isoparametric elements are used. are used.
This article presents a comparative analysis of seismic behavior in steel-beam reinforced concrete column (RCS) frames versus steel and reinforced concrete frames. The study evaluates the seismic response and collapse behavior of RCS frames of varying heights through nonlinear modeling. RCS, steel, and reinforced concrete special moment frames are considered in three height categories: 5, 10, and 20 stories. Two-dimensional frames are extracted from the three-dimensional structures, and nonlinear static analyses are conducted in the OpenSEES software to evaluate seismic response in post-yield regions. Incremental dynamic analysis is then performed on models, and collapse conditions are compared using fragility curves. Research findings indicate that the seismic intensity index in steel frames is 1.35 times greater than in RCS frames and 1.14 times greater than in reinforced concrete frames. As the number of stories increases, RCS frames exhibit more favorable collapse behavior compared to reinforced concrete frames. RCS frames demonstrate stable behavior and maintain capacity at high displacement levels, with uniform drift curves and lower damage levels compared to steel and reinforced concrete frames. Steel frames show superior strength and ductility, particularly in taller structures. RCS frames outperform reinforced concrete frames, displaying improved collapse behavior and higher capacity. Incremental Dynamic Analysis results confirm satisfactory collapse capacity for RCS frames. Steel frames collapse at higher intensity levels but perform better overall. RCS frames have a higher collapse capacity than reinforced concrete frames. Fragility curves show a lower likelihood of collapse for steel structures, while RCS frames perform better with an increase in the number of stories.
Considering the effect of dynamic response amplification, a reliability analysis of an offshore wind turbine support structure under an earthquake is presented. A reliability analysis based on the dynamic response requires a large amount of time when using not only a level 3 approach but also level 2 such as a first order reliability method (FORM). Moreover, if a limit state is defined by using the maximum stress at a structural joint where stress concentration occurs, a three-dimensional element should be used in the finite element analysis. This makes the computational load much heavier. To deal with this kind of problem, two techniques are suggested in this paper. One is the application of a quasi-static structural analysis that takes the dynamic amplification effect into account. The other is the use of a stress concentration factor to estimate the maximum local stress. The proposed reliability analysis is performed using a level 2 FORM and verified using a level 3 simulation approach.
This paper aims to study the mechanical performance of three-tower four-span suspension bridges with steel truss girders, including the static and dynamic characteristics of the bridge system, and more importantly, the influence of structural parameters including the side-main span ratio, sag-to-span ratio and the girder stiffness on key mechanical indices. For this purpose, the Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is taken as an example in this study. This will be the first three-tower suspension bridge with steel truss girders in the world. The mechanical performance study and parametric analysis are conducted based on a validated three-dimensional spatial truss finite element model established for the Oujiang River North Estuary Bridge using MIDAS Civil. It is found that a relatively small side-main span ratio seems to be quite appropriate from the perspective of mechanical performance. And decreasing the sag-to-span ratio is an effective way to reduce the horizontal force subjected to the midtower and improve the antiskid safety of the main cable, while the vertical stiffness of the bridge will be reduced. However, the girder stiffness is shown to be of minimal significance on the mechanical performance. The findings from this paper can be used for design of three-tower suspension bridges with steel truss girders.
This study proposes to ensure the seismic stability of an existing switchboard for emergency diesel generator by applying mode analysis, static analysis and dynamic analysis. First, a three dimensional model for the swithboard was made with simplification for mode analysis. Next, The mode analysis for the finite element model of the existing switchboard was performed. The 1st natural frequency below 33 Hz, the seismic safety cutoff frequency, was calculated to be 21.943 Hz. Finally, based on the seismic stability theory, the von-Mises equivalent stresses derived by structural analysis and response spectrum analysis under the normal and faulted conditions were 74.179 MPa and 49.769 MPa, respectively. These are less than specified allowable stresses. So seismic stability was confirmed.
The microarchitecture of trabecular bone plays a significant role in mechanical strength due to its load-bearing capability. However, the complexity of trabecular microarchitecture hinders the evaluation of its morphological characteristics. We therefore propose a new classification method based on static multiscale theory and dynamic finite element method (FEM) analysis to visualize a three-dimensional (3D) trabecular network for investigating the influence of trabecular microarchitecture on load-bearing capability. This method is applied to human vertebral trabecular bone images obtained by micro-computed tomography (micro-CT) through which primary trabecular bone is successfully visualized and extracted from a highly complicated microarchitecture. The morphological features were then analyzed by viewing the percolation of load pathways in the primary trabecular bone by using the stress wave propagation method analyzed under impact loading. We demonstrate that the present method is effective for describing the morphology of trabecular bone and has the potential for morphometric measurement applications.
본 연구에서는 현장실험 실시의 제약을 극복하기 위해 3차원 가상현실(Virtual Reality)로 4차로 고속도로를 모델링한 후, 피실험자가 차량시뮬레이터(Driving Simulator)에 탑승하고 주행하면서 혼합곡선부의 선형변화에 대한 동적인 반응 데이터를 획득함과 동시에 도로 기하구조 이미지 인지특성 데이터를 획득하였다. 특히, 본 실험에 적용된 차량시뮬레이터의 그래픽 모듈은 동역학 해석 모듈로 얻은 데이터에 기초하여 운동재현기와 가상환경의 일치감을 최대로 하여 피실험자로 하여금 Simulator Sickness를 최소화하도록 하였으며, 감성요인으로 사용된 어의는 국어사전 및 전문가의 견해를 바탕으로 추출된 7개 항목의 형용사를 바탕으로 감성평가를 실시하였다. 또한 감성적인 측면에서 도로 선형과 안전성에 대한 인과관계를 규명하기 위하여 LISREL(Linear Structural Relationships) 모형을 이용하여 정적인 도로 안전성 모형과 동적인 도로 안전성 모형을 구축하여 복합선형구간에서 도로 기하구조의 변화에 따른 운전자들의 안전성에 영향을 미치는 요인을 규명하였다. 그 결과, 도로 설계시 운전자의 감성적인 측면을 고려한 도로 설계가 필요하며 이는 안전한 도로를 건설하는데 있어 매우 중요한 요인이며 이를 통하여 도로 안전성 향상에 기여할 수 있다고 생각된다.
Existing reinforced concrete frame buildings designed for vertical loads could only suffer severe damage during earthquakes. In recent years, many research activities were undertaken to develop a reliable and practical analysis procedure to identify the safety level of existing structures. The Incremental Dynamic Analysis (IDA) is considered to be one of the most accurate methods to estimate the seismic demand and capacity of structures. However, the executions of many nonlinear response history analyses (NL_RHA) are required to describe the entire range of structural response. The research discussed in this paper deals with the proposal of an efficient Incremental Modal Pushover Analysis (IMPA) to obtain capacity curves by replacing the nonlinear response history analysis of the IDA procedure with Modal Pushover Analysis (MPA). Firstly, In this work, the MPA is examined and extended to three-dimensional asymmetric structures and then it is incorporated into the proposed procedure (IMPA) to estimate the structure's seismic response and capacity for given seismic actions. This new procedure, which accounts for higher mode effects, does not require the execution of complex NL-RHA, but only a series of nonlinear static analysis. Finally, the extended MPA and IMPA were applied to an existing irregular framed building.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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