The effect of dead loads on dynamic responses of uniform elastic beams is examined by means of a governing equation which takes into account initial bending stress due to dead loads. First, the governing equation of beams which includes the effect of dead loads is briefly presented from the author's paper (Takabatake 1990). In the formulation the effect of dead loads is considered by strain energy produced by conservative initial stresses produced by the dead loads. Second, the effect of dead loads on dynamical responses produced by live loads in simply supported beams and clamped beams is confirmed by the results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. It is shown that the dynamical responses, like dynamic deflections and bending moments produced by dynamic live loads, are decreased in a heavyweight beam when the effect of dead loads is included. Third, an approximate solution for dynamic deflections including the effect of dead loads is presented in closed-form. The proposed solution shows good in agreement with results of numerical computations with the Galerkin method and Wilson-${\theta}$ method. Finally, a method reflecting the effect of dead loads for dynamic responses of beams on the magnitude of live loads is presented by an example.
This study presents a steel container crane movement analysis and assessment based on structural health monitoring (SHM). The accelerometers are used to monitor the dynamic crane behavior and a 3-D finite element model (FEM) was designed to express the static displacement of the crane under the different load cases. The multi-input single-output nonlinear autoregressive neural network with external input (NNARX) model is used to identify the crane dynamic displacements. The FEM analysis and the identification model are used to investigate the safety and the vibration state of the crane in both time and frequency domains. Moreover, the SHM system is used based on the FEM analysis to assess the crane behavior. The analysis results indicate that: (1) the mean relative dynamic displacement can reveal the relative static movement of structures under environmental load; (2) the environmental load conditions clearly affect the crane deformations in different load cases; (3) the crane deformations are shown within the safe limits under different loads.
In the present paper, a method for identifying damage in a multi storeyed shear building structure is presented using minimum number of modal parameters of the structure. A damage at any level of the structure may lead to a major failure if the damage is not attended at appropriate time. Hence an early detection of damage is essential. The proposed identification methodology requires experimentally determined sparse modal data of any particular mode as input to detect the location and extent of damage in the structure. Here, the first natural frequency and corresponding partial mode shape values are used as input to the model and results are compared by changing the sensor placement locations at different floors to conclude the best location of sensors for accurate damage identification. Initially experimental data are simulated numerically by solving eigen value problem of the damaged structure with inclusion of random noise on the vibration characteristics. Reliability of the procedure has been demonstrated through a few examples of multi storeyed shear structure with different damage scenarios and various noise levels. Validation of the methodology has also been done using dynamic data obtained through experiment conducted on a laboratory scale steel structure.
Concrete structures are generally cracked in flexural tension at working loads. Concrete beams with asymmetric section details and crack patterns exhibit different flexural rigidity depending upon the sense of the applied flexural moment. In this paper, three different models, having the same natural period, of such SDOF bilinear dynamical systems have been proposed. The Model-I and Model-II have constant damping coefficient, but the latter is characterized by two stiffness coefficients depending upon the sense of vibration amplitude. The Model-III, additionally, has two damping coefficients as well. In this paper, the dynamical response of Model-III to sinusoidal loading has been investigated and compared with that of Model-II studied earlier. It has been found that Model-III exhibits regular and irregular sub-harmonics, jump phenomena and strong sensitivity to initial conditions, forcing frequency, system period as well as the sense of peak sinusoidal force. The constant sustained load has been found to affect the natural period of the dynamical system. The predictions of Model-I have been compared with those of the approximate linear model adopted in present practice. The behaviour exhibited by different models of the SDOF cracked elastic concrete structures under working loads and the theoretical and practical implications of the approach followed have been critically evaluated.
Structural Health Monitoring (SHM), particularly remote monitoring, is an emerging field with great potential to help infrastructure owners obtain more and up-to-date knowledge of their structures. The methodology could provide supplemental information to guide the frequency and extent of visual inspections, and the possible need for maintenance. The instrumentation for a SHM system needs to be developed with longevity and the objectives for the system in mind. Sensors need to be selected for reliability and durability, sited where they provide the maximum information for the objectives, and where they can be accessed and replaced should the need arise over the monitoring period. With the rapid changes now occurring with sensors and software, flexibility needs to be in place to allow the system to be upgraded over time. Damage detection needs to be considered in terms of the type of damage that needs to be detected, informing maintenance requirements, and how detection can be achieved. Current vibration analysis techniques appear not yet to have achieved the necessary sensitivity for that purpose. Societal factors will influence the design of a SHM system in terms of the sophistication of the instrumentation and methodology employed.
A fuzzy-sliding mode controller is presented to control the dynamics of semi-active suspension systems of vehicles using magneto-rheological (MR) fluid dampers. A full car model is used to design and evaluate the performance of the proposed semi-active controlled suspension system. Four mixed mode MR dampers are designed, manufactured, and integrated with four independent sliding mode controllers. The siding mode controller is designed to decrease the energy consumption and maintain robustness. In order to overcome the chattering of the sliding mode controllers, a fuzzy logic control strategy is merged into the sliding mode controller. The proposed fuzzy-sliding mode controller is designed and fabricated. The performance of the semi-active suspensions is evaluated in both the time and frequency domains. The obtained results demonstrate that the proposed fuzzy-sliding mode controller can effectively suppress the vibration of vehicles and improve their ride comfort and handling stability. Furthermore, it is shown that the "chattering" of the sliding mode controller is smoothed when it is integrated with a fuzzy logic control strategy. Although the cost function of the fuzzy-sliding mode control is a slightly higher than that of a classical LQR controller, the control effectiveness and robustness are enhanced considerably.
The propagation of pump-induced pressure pulsation in a reactor is important because of the potential for vibration and resultant damage of reactor internals. A hydrodynamic model has been developed to obtain the pressure fluctuation due to the operation of pumps in the annulus(between the core support barrel and reactor vessel of a pressurized water reactor) including the coolant inlet pipe. The mathematical analysis is formulated in accordance with the linearized Navier-Stokes equation by assuming a compressible, inviscid flow. Two regions are considered separately and by coupling the solutions of the inlet pipe and the annulus, the inlet nozzle pressure(pressure at pipe and annulus interface) is to be calculated without assumptions. The geometric parameter effect on the pump-induced pressure pulsation is evaluated. Comparison of predicted and measured inlet nozzle pressure values for each forcing frequency shows good order of magnitude agreement.
The differential equations governing both the free vibrations and buckling loads of tapered beam-columns of circular cross-section with constant volume are derived and solved numerically. The effects of axial load are included in the differential equations. The parabolic equation is chosen as the variable radius of circular cross-section for the tapered beam-column. In numerical examples, the clamped-clamped, clamped-hinged and hinged-hinged end constraints are considered. The variations of the frequency parameters and buckling load parameters with the non-dimensional system parameters are presented in figures and the configurations of strongest columns are obtained.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.2
no.1
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pp.33-42
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2002
A computationally efficient stiffness design method for building structures is proposed in which dynamic soil-structure interaction based on the wave-propagation theory is taken into account. A sway-rocking shear building model with appropriate ground impedances derived from the cone models due to Meek and Wolf (1994) is used as a simplified design model. Two representative models, i.e. a structure on a homogeneous half-space ground and a structure on a soil layer on rigid rock, are considered. Super-structure stiffness satisfying a desired stiffness performance condition are determined via an inverse problem formulation for a prescribed ground-surface response spectrum. It is shown through a simple yet reasonably accurate model that the ground conditions, e.g. homogeneous half-space or soil layer on rigid rock (frequency-dependence of impedance functions), ground properties (shear wave velocity), depth of surface ground, have extensive influence on the super-structure design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.441-447
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2006
This paper deals with the application of the numerical differentiation in the structural analyses. Derivative values of the geometry of structure are definitely needed for analysing the structural behavior. In this study, free vibration problems of arches are chosen for verifying the numerical differential technique in the structural analyses. The curvature parameters composed with the derivatives of arch geometry obtained herein are quite agreed with those of analytical method. Also, natural frequencies with curvature parameters obtained by using the forward fifth polynomial method are quite agreed with those in the literature. The numerical differentiation technique can be practically utilized in the structural analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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