Lemnitzer, Anne;Nunez, Eduardo;Massone, Leonardo M.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.1
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pp.141-163
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2016
Fiber models have been developed and applied to various structural elements such as shear walls, beams and columns. Only scarcely have fiber models been applied to circular foundation systems such as cast in drilled holes shafts (CIDH). In pile foundations with constraint head boundary conditions, shear deformations can easily contribute to the lateral pile response. However, soil structure interaction formulations such as the p-y method, commonly used for lateral pile design, do not include structural shear deformations in its traditional derivation method. A fiber model that couples shear and axial-bending behavior, originally developed for wall elements was modified and validated on circular cross sections (columns) before being applied to a 0.61 m diameter reinforced concrete (RC) pile with fixed head boundary conditions. The analytical response was compared to measured test results of a fixed head test pile to investigate the possible impact of pile shear deformations on the displacement, shear, and moment profiles of the pile. Results showed that shear displacements and forces are not negligible and suggest that nonlinear shear deformations for RC piles should be considered for fixed-head or similar conditions. Appropriate sensor layout is recommended to capture shear deformation when deriving p-y curves from field measurements.
H. S. Kang;K. N. Song;Kim, H. K.;K. H. Yoon;Y. H. Jung
Nuclear Engineering and Technology
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v.33
no.1
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pp.73-82
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2001
Pressurized water reactor(PWR) fuel rods. which are continuously supported by a spring system called a spacer grid(SG), are exposed to reactor coolant at a flow velocity of up to 6-8 m/s. It is known that the vibration of 3 fuel rod is generated by the coolant flow, a so-called flow-induced-vibration(FIV), and the relative motion induced by the FIV between the fuel rod and the SG can wear away the surface of the fuel rod, which occasionally leads to its fretting failure. It is, therefore, important to understand the vibration characteristics of the fuel rod and reflect that in its design. In this paper, vibration analyses of the fuel rod with two different SGs were performed using both analytical and experimental methods. Updating of the finite element(FE) model using the measured data was performed in order to enhance confidence in the FE model of fuel rods supported by an SG. It was found that the modal parameters are very sensitive to the spring constant of the SG.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.4
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pp.377-385
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2005
An analytical model was developed using the lumped mass parameter method to estimate temperature distribution of metal parts and refrigerant of the hermetic reciprocating compressor, All of the lumped mass has been equated with the first law of thermodynamics. In the delivered equation, correlations of heat transfer coefficient in the heat transfer equation were taken from open literature. The equations are solved by Gauss-Jordan method simultaneously. To verify the developed numerical program, an experiment was conducted with a domestic refrigerator. The compressor which had been installed at the bottom of the experimental refrigerator was modified to measure internal temperature. Model verification test was conducted at $30^{\circ}C$ outdoor temperature with variation of compressor cooling conditions. As a result, there is a good consistency between calculated temperature and measured one.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.3-17
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2007
This paper provides an introduction to life-span simulation and numerical approach to support the performance design processes of reinforced concrete structures. An integrated computational system is proposed for life-span simulation of reinforced concrete. Conservation of moisture, carbon dioxide, oxygen, chloride, calcium and momentum is solved with hydration, carbonation, corrosion, ion dissolution. damage evolution and their thermodynamic/mechanical equilibrium. Coupled analysis of mass transport and damage mechanics associated with steel corrosion is presented for structural performance assessment of reinforced concrete. Multi-scale modeling of micro-pore formation and transport phenomena of moisture and ions are mutually linked for predicting the corrosion of reinforcement and volumetric changes. The interaction of crack propagation with corroded gel migration can also be simulated. Two finite element codes. multi-chemo physical simulation code (DuCOM) and nonlinear dynamic code of structural reinforced concrete (COM3) were combined together to form the integrated simulation system. This computational system was verified by the laboratory scale and large scale experiments of damaged reinforced concrete members under static loads, and has been applied to safety and serviceability assessment of existing structures. Based on the damage details predicted by the nonlinear finite element analytical system, the life-span-cost of RC structures including the original construction costs and the repairing costs for possible damage during the service life can be evaluated for design purpose.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of the tower with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping, such as steel/concrete mixed structure - supporting soil coupled system. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. An analytical approach capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to define and investigate dynamic characteristics of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified approximation of two lumped masses to investigate the structure irregularity effects including damping of different material, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure in which the damping matrices of the upper and the lower substructures are modeled with the Rayleigh damping formulation.
In this article, a higher shear deformation theory (HSDT) is improved to consider the influence of thickness stretching in functionally graded (FG) plates. The proposed HSDT has fewer numbers of variables and equations of motion than the first-order shear deformation theory (FSDT), but considers the transverse shear deformation influences without requiring shear correction coefficients. The kinematic of the present improved HSDT is modified by considering undetermined integral terms in in-plane displacements and a parabolic distribution of the vertical displacement within the thickness, and consequently, the thickness stretching influence is taken into account. Analytical solutions of simply supported FG plates are found, and the computed results are compared with 3D solutions and those generated by other HSDTs. Verification examples demonstrate that the developed theory is not only more accurate than the refined plate theory, but also comparable with the HSDTs which use more number of variables.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.5
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pp.525-529
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2009
Most of FLC received input data from error e and change-of-error e' with no relation with system complexity. Basic scheme follows typical PD and PI or PID Controller and that has been developed through fixed ME In this paper, We studied the relationship between MF and system response and system response through changing Fuzzy variable of consequence MF and propose the simple FLC using this relationship. The response of FLC is changed according to the width of Fuzzy variable of consequence MF. As changing the Fuzzy variable of consequence MF shows various nonlinear characteristic, we studied the relation between response and MF using analytical method. We designed the effective FLC using three-variable MF and nine rules and took simulation for verification. In this study, we propose the method to design system with FLC in stability point which is an impotent characteristic of designing system. The circle criterion which is adapted to analysis the nonlinear system is put to use for proposed method. Since SISO FLC has a time-invariant and odd characteristic we can use the critical point not disk which is generally used to determine the stability in the circle criterion, to determine the stability. Using this, we can get the maximum critical point plot of SISO FLC with changing the consequence fuzzy variables. The predetermined critical point plot of FLC can be used to decide the region of the system to be stable. This method is effectively used to design the SISO FLC.
In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of beam-type smart structures that are equipped with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered in the formulation. By using a variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The proposed smart beam finite element is applied to the free vibration control adopting a constant gain feedback scheme. The electrical force vector, which is obtained in deriving an equation of motion, is the control force equivalent to that in existing literature. Validity of the proposed element is shown through comparing the analytical results of the verification examples with those of other previous researchers. With the use of smart beam finite elements, simulation of free vibration control is demonstrated by sensing the voltage of the piezoelectric sensors and by applying the voltages to the piezoelectric actuators.
The paper presents a comparison between a semi-implicit time integration linear finite element implementation and fully-implicit nonlinear Newton-Raphson finite element implementation of a triphasic small strain mixture formulation of an elastic partially saturated porous medium. The pore air phase pressure pa is assumed atmospheric, i.e., $p_a$ = 0, although the formulation and implementation are general to handle increase in pore air pressure as a result of loading, if needed. The solid skeleton phase is assumed linear isotropic elastic and partially saturated 'consolidation' in the presence of surface infiltration and traction is simulated. The verification of the implementation against an analytical solution for partially saturated pore water flow (no deformation) and comparison between the two implementations is presented and the important of the porosity-dependent nature of the partially saturated permeability is assessed on comparison with a commercial code for the partially saturated flow with deformation. As a result, the response of partially saturated permeability subjected to the porosity influences on the saturation of a soil, and the different behaviors of the partially saturated soil between staggered and monolithic coupled programs is worth of attention because the negative pore water pressure in the partially saturated soil depends on the difference.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of hybrid structure with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. A numerical algorithm capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to explore the dynamic response of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified model of 2 coupled lumped masses to investigate the effects of subsystems different damping, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and equivalent modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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