Rezvani, Mohammad Ali;Vesali, Farzad;Eghbali, Atefeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.5
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pp.713-734
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2013
Bridges are vital components of the railroads. High speed of travel, the periodic and oscillatory nature of the loads and the comparable vehicle bridge weight ratio distinguish the railway bridges from the road bridges. The close proximity between estimations by some numerical methods and the measured data for the bridge-vehicle dynamic response under the moving load conditions has boosted the confidence in the numerical analyses. However, there is hardly any report regarding the responses of the railway bridges under the effect of the trains entering from the opposite directions while running at unequal speed and having dissimilar geometries. It is the purpose of this article to present an analytical method for the dynamic analysis of the railway bridges under the influence of two opposing series of moving loads. The bridge structural damping and many modes of vibrations are included. The concept of modal superposition is used to solve for the system motion equations. The method of solution is indeed a computer assisted analytical solution. It solves for the system motion equations and gives output in terms of the bridge deflection. Some case studies are also considered for the validation of the proposed method. Furthermore, the effects of varying some parameters such as the distance between the bogies, and the bogie wheelset distance are studied. Also, the conditions of resonance and cancellation in the dynamic response for a variety of vehicle-bridge specifications are investigated.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.218-218
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2015
Urbanization and waterworks construction in natural watershed have been causing higher flood risks in lowland areas. Detention basins have become one of the most efficient fundamental instruments for storm water and environmental management at watershed scale. Nowadays, there are many studies coupled numerical methods of flood routing with optimization algorithms to investigate factors that impact on the efficiency of detention basins in flood reduction in a watershed, such as detention basin location, size, and cost and watershed characteristics. Although these couplings have been become more widespread but cumbersome computation and hydraulic data requirement still are their limitations. To tackle the procedure efforts due to numerical integration and data collection, simple approach is proposed to primarily estimate effects of detention basins. The approach basis is the linear system theory applied to the solution of hydrologic flood routing. The paper introduces an analytical method for estimating detention effects deriving by recent studies and innovatively analyses this equation on fractal perspective. Then, an optimization technique is performed by applying harmony search algorithms (HSA) to optimize efficiency of detention basins at watershed scale. The location and size of upstream detention basin are simultaneously obtained. Finally, the proposed methodology, practically applied for a real watershed in Kan river, Iran.
Based on numerical and experimental methods, a systematic structural evaluation of a steel natatorium in service was carried out in detail in this paper. Planning of inspection tasks was proposed firstly according to some national codes in China in order to obtain the economic and reliable results. The field visual inspections and static computation were conducted in turn under in-service environmental conditions. Further a three-dimensional finite element model was developed according to its factual geometry properties obtained from the field inspection. An analytical modal analysis was performed to provide the analytical modal properties. The field vibration tests on the natatorium were conducted and then two different system identification methods were used to obtain the dynamic characteristics of the natatorium. A good correlation was achieved in results obtained from the two system identification methods and the finite element method (FEM). The numerical and experimental results demonstrated that the main structure of the natatorium in its present status is safe and it still satisfies the demand of the national codes in China. But the roof system such as purlines and skeletons must be removed and rebuilt completely. Moreover the system identification results showed that field vibration test is sufficient to identify the reliable dynamic properties of the natatorium. The constructive suggestion on structural evaluation of the natatorium is that periodic assessment work must be maintained to ensure the natatorium's safety in the future.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.57-67
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2003
Response analysis of buried pipeline subjected to permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction is mainly executed by use of numerical analysis or semi-analytical relationship, When applying these methods, so called interfacial pipelineㆍsoil interaction force plays an dominant part. Currently used interaction force is mode up of indispensable mechanical and physical components for the response analysis of buried pipeline. However, it has somewhat limited applicability to the liquefied region since it is based on the experimental results for the non-liquefied region. Therefore, in this study, improved type of pipelineㆍsoil interaction force is proposed based on the existing interaction force and experimental research accomplishments. Above all, proposed interaction force includes various patterns of PGD or spatial distributions of interaction force caused by the decrease of soil stiffness. Through the comparison of numerical results using the proposed and the existing interaction force, relative influences of interaction force on the response of pipeline are evaluated and noticeable considerations in the application of semi-analytical relationship are discussed. Moreover, analyses due to the change of pipe thickness and burial depth are performed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.1
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pp.14-28
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1992
For a planar curve-sided paned with constant or linear density distributions of source or doublet in the singularity methods, Cantaloube and Rehbach(1986) show that the surface integral can be transformed into contour integral by using Stokes' formulas. As an extension of their formulations, this paper deals with a planar polygonal panel for which we derive the closed-forms of the potentials and the velocities induced by the singularity distributions. Test calculations show that the analytical evaluation of the closed-forms is superior to numerical integration(suggested by Cantaloube and Rehbach) of the contour integral. The compact and explicit expressions may produce accurate values of matrix elements of simultaneous linear equations in the singularity methods with much reduced computer tiome.
Numerical solution to linear bending analysis of circular plates is obtained by the method of harmonic differential quadrature (HDQ). In the method of differential quadrature (DQ), partial space derivatives of a function appearing in a differential equation are approximated by means of a polynomial expressed as the weighted linear sum of the function values at a preselected grid of discrete points. The method of HDQ that was used in the paper proposes a very simple algebraic formula to determine the weighting coefficients required by differential quadrature approximation without restricting the choice of mesh grids. Applying this concept to the governing differential equation of circular plate gives a set of linear simultaneous equations. Bending moments, stresses values in radial and tangential directions and vertical deflections are found for two different types of load. In the present study, the axisymmetric bending behavior is considered. Both the clamped and the simply supported edges are considered as boundary conditions. The obtained results are compared with existing solutions available from analytical and other numerical results such as finite elements and finite differences methods. A comparison between the HDQ results and the finite difference solutions for one example plate problem is also made. The method presented gives accurate results and is computationally efficient.
PURPOSES : In this paper, the flow of construction material was simulated using computational fluid dynamics in a 2D axisymmetric condition to evaluate the effect of initial or varying material properties on the final shape of a specimen. METHODS : The CFD model was verified by using a well-known analytical solution for a given test condition followed by performing a sensitivity analysis to evaluate the effect of material properties on the final shape of material. Varying dynamic viscosity and yield stress were also considered. RESULTS : The CFD model in a 2D axisymmetric condition agreed with the analytical solution for most yield stress conditions. Minor disagreements observed at high yield stress conditions indicate improper application of the pure shear assumption for the given material behavior. It was also observed that the variation of yield stress and dynamic viscosity during curing had a meaningful effect on the final shape of the specimen. CONCLUSIONS : It is concluded that CFD modeling in a 2D axisymmetric condition is good enough to evaluate fluidal characteristics of material. The model is able to consider varying yield stress and viscosity during curing. The 3D CFD-DEM coupled model may be required to consider the interaction of aggregates in fluid.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.2
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pp.46-58
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2002
An inverse method is introduced to construct benchmark problems for the numerical solution of initial value problems. Benchmark problems constructed through this method have a known exact solution, even though analytical solutions are generally not obtainable. The solution is constructed such that it lies near a given approximate numerical solution, and therefore the special case solution can be generated in a versatile and physically meaningful fashion and can serve as a benchmark problem to validate approximate solution methods. A smooth interpolation of the approximate solution is forced to exactly satisfy the differential equation by analytically deriving a small forcing function to absorb all of the errors in the interpolated approximate solution. A multi-variable orthogonal function expansion method and computer symbol manipulation are successfully used for this process. Using this special case exact solution, it is possible to directly investigate the relationship between global errors of a candidate numerical solution process and the associated tuning parameters for a given code and a given problem. Under the assumption that the original differential equation is well-posed with respect to the small perturbations, we thereby obtain valuable information about the optimal choice of the tuning parameters and the achievable accuracy of the numerical solution. Illustrative examples show the utility of this method not only for the ordinary differential equations (ODEs) but for the partial differential equations (PDEs).
Controlling nonlinear systems with linear feedback control methods can lead to chaotic behaviors. Order increase in system dynamics due to integral control and control parameter variations in PID controlled nonlinear systems are studied for possible chaos regions in the closed-loop system dynamics. The Lur’e form of the feedback systems are analyzed with Routh’s stability criterion and describing function analysis for chaos prediction. Several novel chaotic systems are generated from second-order nonlinear systems including the simplest continuous-time chaotic system. Analytical and numerical results are provided to verify the existence of the chaotic dynamics.
In the present study, the discrete singular convolution (DSC) method is developed for buckling analysis of columns and thin plates having different geometries. Regularized Shannon's delta (RSD) kernel is selected as singular convolution to illustrate the present algorithm. In the proposed approach, the derivatives in both the governing equations and the boundary conditions are discretized by the method of DSC. The results obtained by DSC method were compared with those obtained by the other numerical and analytical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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