A method of damage detection based on the moving harmonic excitation and continuous wavelet transforms is presented. The applied excitation is used as a moving actuator and its frequency and speed parameters can be adjusted for an amplified response. The continuous wavelet transforms, CWT, is used for cracks detection based on the resulting amplified signal. It is demonstrated that this identification procedure is largely better than the classical ones based on eigenfrequencies or on the eigenmodes wavelet transformed. For vibration responses, free and forced vibration analyses of multi-cracked beams are investigated based on both analytical and numerical methodological approaches. Cracks are modeled through rotational springs whose compliances are evaluated using linear elastic fracture mechanics. Based on the obtained forced responses, multi-cracks positions are accurately identified and the CWT identification can be highly improved by adjusting the frequency and the speed excitation parameters.
Bridge columns are subjected to combined actions of axial force, shear force and bending moment during earthquakes, caused by spatially-complex earthquake motions, features of structural configurations and the interaction between input and response characteristics. Combined actions can have significant effects on the force and deformation capacity of RC columns, resulting in unexpected large deformations and extensive damage that in turn influences the performance of bridges as vital components of transportation systems. This paper evaluates the seismic response of three prototype reinforced concrete bridges using comprehensive numerical models that are capable of simulating the complex soil-structural interaction effects and nonlinear behavior of columns. An analytical approach that can capture the shear-flexural interacting behavior is developed to model the realistic nonlinear behavior of RC columns, including the pinching behavior, strength deterioration and stiffness softening due to combined actions of shear force, axial force and bending moment. Seismic response analyses were conducted on the prototype bridges under suites of ground motions. Response quantities of bridges (e.g., drift, acceleration, section force and section moment etc.) are compared and evaluated to identify the effects of vertical motion, structural characteristics and the shear-flexural interaction on seismic demand of bridges.
Tian, Xinji;Li, Qianqian;Li, Xingwang;Zhang, Hui;Rabie, Khaled;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.11
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pp.5370-5393
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2019
In this paper, we consider a two-way relay non-orthogonal multiple access (TWR-NOMA) system with residual hardware impairments (RHIs) and channel estimation errors (CEEs), where two group users exchange their information via the decode-and-forward (DF) relay by using NOMA protocol. To evaluate the performance of the considered system, exact analytical expressions for the outage probability of the two groups users are derived in closed-form. Moreover, the asymptotic outage behavior in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime is examined and the diversity order is derived and discussed. Numerical simulation results verify the accuracy of theoretical analyses, and show that: i) RHIs and CEEs have a deleterious effects on the outage probabilities; ii) CEEs have significant effects on the performance of the near user; iii) Due to the RHIs, CEEs, inter-group interference and intra-group interference, there exists error floors for the outage probability.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1128-1133
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2003
A gas driven heat pump (GHP) core design comprises internal combustion engine, compressors incorporated to a cooling/heating system, rubber mountings and belt transmissions. Main excitation farces are generated by an engine, compressors themselves and belt fluctuation. It leads to high vibration level of the mount that can cause damage of GHP elements. Therefore an appropriate design of the mounting system is crucial in terms of reliability and vibration reduction. In this paper oscillation of the engine mount is explored both experimentally and analytically. Experimental analysis of natural frequencies and operational frequency response of the GHP engine mounting system enables to create simplified model for numerical and analytical investigations. It is worked out criteria f3r vibration abatement of the isolated structure. Influence of bracket stiffness between engine and compressors, suspension locations and damper performance is investigated. Ways to reduce excitation forces and improve dynamic performance of the engine-compressor mounting system are considered from these analyses. Implementation of the proposed approach permits to choose appropriate rubber mountings and their location as well as joining elements design A phase matching technique can be employed to control forces from main exciters. It enables to changing vibration response of the structure by control of natural modes contribution. Proposed changes lead to significant vibration reduction and can be easily utilized in engineering practice.
A four-variable shear deformation refined plate theory has been proposed for dynamic characteristics of smart plates made of porous magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) materials with various boundary conditions by using an analytical method. Magneto-electro-elastic properties of FGM plate are supposed to vary through the thickness direction and are estimated through the modified power-law rule in which the porosities with even and uneven type are approximated. Pores possibly occur inside functionally graded materials (FGMs) due the result of technical problems that lead to creation of micro-voids in these materials. The variation of pores along the thickness direction influences the mechanical properties. The governing differential equations and boundary conditions of embedded porous FGM plate under magneto-electrical field are derived through Hamilton's principle based on a four-variable tangential-exponential refined theory which avoids the use of shear correction factors. An analytical solution procedure is used to achieve the natural frequencies of embedded porous FG plate supposed to magneto-electrical field with various boundary condition. A parametric study is led to carry out the effects of material graduation exponent, coefficient of porosity, magnetic potential, electric voltage, elastic foundation parameters, various boundary conditions and plate side-to-thickness ratio on natural frequencies of the porous MEE-FG plate. It is concluded that these parameters play significant roles on the dynamic behavior of porous MEE-FG plates. Presented numerical results can serve as benchmarks for future analyses of MEE-FG plates with porosity phases.
In this study, a two dimensional model of receding contact problem has been analyzed using finite element method (FEM) based software ANSYS and ABAQUS. For this aim finite element modeling of elastic layer and two homogeneous, isotropic and symmetrical elastic quarter planes pressed by means of a rigid circular punch has been presented. Mass forces and friction are neglected in the solution. Since the problem is examined for the plane state, the thickness along the z-axis direction is taken as a unit. In order to check the accuracy of the present models, the obtained results are compared with the available results of the open literature as well as the results of two software are compared using Root Mean Square Error (RMSE) and good agreements are found. Numerical analyses are performed considering different values of the external load, rigid circular radius, quarter planes span length and material properties. The contact lengths and contact stresses of these values are examined, and their results are presented. Consequently, it is concluded that the considered non-dimensional quantities have noteworthy influence on the contact lengths and contact stress distributions, additionally if FEM analysis is used correctly, it can be an efficient alternative method to the analytical solutions that need time.
This paper presents a novel method based on sensitivity of structural response for identifying both the system parameters and input excitation force of a bridge. This method, referred to as "Adjoint Variable Method", is a sensitivity-based finite element model updating method. The computational cost of sensitivity analyses is the main concern associated with damage detection by these methods. The main advantage of proposed method is inclusion of an analytical method to augment the accuracy and speed of the solution. The reliable performance of the method to precisely indentify the location and intensity of all types of predetermined single, multiple and random damages over the whole domain of moving vehicle speed is shown. A comparison study is also carried out to demonstrate the relative effectiveness and upgraded performance of the proposed method in comparison to the similar ordinary sensitivity analysis methods. Moreover, various sources of error including the effects of noise and primary errors on the numerical stability of the proposed method are discussed.
In this paper free linear vibration of lattice composite conical shells will be investigated. Lattice composite conical shell consists of composite helical ribs and thin outer skin. A smeared method is employed to obtain the variable coefficients of stiffness of conical shell. The ribs are modeled as a beam and in addition to the axial loads, endure shear loads and bending moments. Therefore, theoretical formulations are based on first-order shear deformation theory of shell. For verification of the obtained results, comparison is made with those available in open literature. Also, using FEM software the 3D finite element model of composite lattice conical shell is built and analyzed. Comparing results of analytical and numerical analyses show a good agreement between them. Some special cases as variation of geometric parameters of lattice part, effect of the boundary conditions and influence of the circumferential wave numbers on the natural frequencies of the conical shell are studied. It is concluded, when mass and the geometrical ratio of the composite lattice conical shell do not change, increment the semi vertex angle of cone leads to increase the natural frequencies. Moreover for shell thicknesses greater than a specific value, the presence of the lattice structure has not significant effect on the natural frequencies. The obtained results have novelty and can be used for further and future researches.
Analytical and experimental studies of the innovative pipe in pipe damper have been recently investigated by the authors. In this paper, by adding lead or zinc infill or slit diaphragm inside the inner pipe, it is tried to increase the equivalent viscous damping ratio improving the cyclic performance of the recently proposed multi-level control system. The damper consists of three main parts including the outer pipe, inner pipe and added complementary damping part. At first plastic deformations of the external pipe, then the internal pipe and particularly the added core and friction between them make the excellent multi-level damper act as an improved energy dissipation system. Several kinds of added lead or zinc infill and also different shapes of slit diaphragms are modeled inside the inner pipe and their effectiveness on hysteresis curves are investigated with nonlinear static analyses using finite element method by ABAQUS software. Results show that adding lead infill has no major effect on the damper stiffness while zinc infill and slit diaphragm increase damper stiffness sharply up to more than 10 times depending on the plate thickness and pipe diameter. Besides, metal infill increases the viscous damping ratio of dual damper ranging 6-9%. In addition, obtained hysteresis curves show that the multi-level control system as expected can reliably dissipate energy in different imposed energy levels.
Jan, Muhammad Asad;Nizamani, Zubair Ahmed;Park, Duhee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.1
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pp.13-20
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2021
A suite of 3D large deformation finite element (FE) analyses was performed to investigate the load transfer mechanism and penetration resistance of spudcan foundations in heterogeneous soil profile consisting of sand and clay. The Elasto-Plastic models following Mohr-Coulomb and Tresca failure criteria were adopted for sand and clay, respectively. The accuracy of the numerical model was validated against centrifuge test measurements. The dense sand behavior with dilation is modeled using the non-associated flow rule. An investigation study consisting of key parameters, which includes variation in soil stratigraphy (sand-clay, sand-clay-sand), strength parameters of sand and clay (' and su) and normalized height ratio of the sand layer (Hs/D) was conducted to assess the penetration behavior of spudcan. Based on calculated outputs, it was demonstrated that these parameters have a significant influence on the penetration resistance of spudcan. The calculated penetration resistance profiles are compared with the published (sand overlying clay) analytical model. It is confirmed that for the case of two-layer soil, the available theoretical model provides an accurate estimate of peak penetration resistance (qpeak). In the case of three-layer soil, the presence of a third stiff layer affects the penetration resistance profile due to the squeezing of the soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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