In recent years, there has been a tendency towards renewable energy sources considering the damages caused by non-renewable energy resources to nature and humans. One of the renewable energy sources is wind and energy is obtained with the help of wind turbines. To determine the behavior of wind turbines under earthquake loads, dynamic characteristics are required. In this study, the differential transformation method is proposed to determine the free vibration analysis of wind turbines with a variable cross-section. The wind turbine is modeled as an equivalent variable continuous flexural beam and blade weight is considered as a point mass at the top of the structures. The differential equation representing the free vibration of the wind turbine is transformed into an algebraic equation with the help of differential transformation method and the angular frequencies and the mode shapes of the wind turbine are obtained by the help of the differential transformation method. In the study, a sample taken from the literature was solved with the presented method and the suitability of the method was investigated. The same wind turbine example also modeled by finite element modelling software, ABAQUS. Results of the finite element model and differential transformation method are compared with each other and the results are in good agreement.
Objective: The purpose of this study was to predict the optimal bending angles of a running loop for bodily protraction of the mandibular first molars and to clarify the mechanics of molar tipping and rotation. Methods: A three-dimensional finite element model was developed for predicting tooth movement, and a mechanical model based on the beam theory was constructed for clarifying force systems. Results: When a running loop without bends was used, the molar tipped mesially by $9.6^{\circ}$ and rotated counterclockwise by $5.4^{\circ}$. These angles were almost similar to those predicted by the beam theory. When the amount of tip-back and toe-in angles were $11.5^{\circ}$ and $9.9^{\circ}$, respectively, bodily movement of the molar was achieved. When the bend angles were increased to $14.2^{\circ}$ and $18.7^{\circ}$, the molar tipped distally by $4.9^{\circ}$ and rotated clockwise by $1.5^{\circ}$. Conclusions: Bodily movement of a mandibular first molar was achieved during protraction by controlling the tip-back and toe-in angles with the use of a running loop. The beam theory was effective for understanding the mechanics of molar tipping and rotation, as well as for predicting the optimal bending angles.
Steel frames with ductile connections have good seismic performance under strong earthquake, they are now popular for high seismic design. In order to simplify the process of numerical analysis of the steel frames with ductile connections, simplified connection models are introduced, two types of springs are placed in the simplified connection model, which can simulate deformation of the panel zone and members. 6-story-3-bay steel frames with ductile connections are simplified and carried out modal analysis, fundamental periods of the frames predicted by finite-element analysis for simplified steel frame models were compared to the results for actual frame models. 2-story steel frame with reduced beam section connections is simplified and carried out pseudo-static analysis, hysteretic curves and skeleton curves of the frame obtained by finite-element analysis for simplified steel frame model are compared to test results. The comparison show that the difference between them is small, it is reliable and effective to predict mechanical properties of the steel frame with ductile connection by finite-element analysis of simplified steel frame model.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.525-525
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2005
This study is for the seismic analysis and the structural integrity evaluation of the box beam for supporting nuclear fuel-transfer-basket of the HANARO reactor pool. For performing the seismic analysis and evaluating the structural integrity in air or submerged condition, the finite element model of the fuel-transfer-basket and its supporting box beam(the coupled model) was developed. The hydrodynamic effect is also considered by using added mass concept. The seismic response spectrum analyses of the coupled model under the design floor response spectrum loads of Safe Shutdown Earthquake(SSE) were performed. Through the numerical experiments, the analysis results show that the stress values of the coupled model lot the structural integrity are within the ASME Code limits.
The paper presents the dynamic instability of a disc brake pad subjected to distributed friction forces. A brake pad can be modeled as a beam with two translational springs. The study of this prototypical model is intended to provide a fundamental understanding of disc brake pad instabilities. Governing equations of motion are derived form energy expressions and their corresponding solutions are obtained by employing the finite element method. The critical distributed friction force and the instability regions are demonstrated by changing two translational spring constants. Finally, the changes of eigen-frequencies of a beam determining instability types are investigated for various combinations of two spring constants.
The stochastic finite element method is employed to obtain a stochastic dynamic model of angled beams subjected to impact loads when uncertain material properties are described by random fields. Using the perturbation technique in conjunction with a precise time integration method, a random analysis approach is developed for efficient analysis of random elastic waves. Formulas for the mean, variance and covariance of displacement, strain and stress are introduced. Statistics of displacement and stress waves is analyzed and effects of bend angle and material stochasticity on wave propagation are studied. It is found that the elastic wave correlation in the angled section is the most significant. The mean, variance and covariance of the stress wave amplitude decrease with an increase in bend angle. The standard deviation of the beam material density plays an important role in longitudinal displacement wave covariance.
An experimental and a non linear finite element investigation on the behavior of steel-concrete composite beams stiffened in hogging moment region with Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) sheets is presented in this paper. A total of five specimens were tested under two-point loads. Three of the composite beams included concrete slab while the other two beams had composite slabs. The stiffening was achieved by attaching CFRP sheets to the concrete surface at the position of negative bending moment. The suggested CFRP sheets arrangement enhanced the overall beam behavior and increased the composite beam capacity. Valuable parametric study was conducted using a three dimensional finite element model using ANSYS program. Both geometrical and material nonlinearity were included. The studied parameters included CFRP sheet arrangement, concrete strength and degree of shear connection.
In this paper, geometrically nonlinear static analysis of laminated composite beams is investigated under hygrothermal effect. In the solution of problem, the finite element method is used within the first shear beam theory. Total Lagrangian approach is used nonlinear kinematic model. The geometrically nonlinear formulations are developed for the laminated beams with hygro-thermal effects. In the nonlinear solution of the problem, the Newton-Raphson method is used with incremental displacement. In order to verify of obtained formulations, a comparison study is performed. The effects of the fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates, temperature rising and moisture changes on the nonlinear static displacements and configurations of the composite laminated beam are investigated in the numerical results.
In this study, a method for free vibration analysis of wall-frame systems built on weak soil is proposed. In the development of the method, the wall-frame system that constitutes the superstructure was modeled as flexural-shear beam. In the study, it is accepted that the soil layers are isotropic, homogeneous and elastic, and the waves are only vertical propagating shear waves. Based on this assumption, the soil layer below is modeled as an equivalent shear beam. Then the differential equation system that represented the behavior of the whole system was written for both regions in a separate way. Natural periods were obtained by solving the differential equations by employing boundary conditions. At the end of the study, two examples were solved and the suitability of the proposed method to the Finite Element Method was evaluated.
A full nonlinear finite element P185/70Rl4 passenger car radial-ply tire model was developed and run on a 1.7-meter-diameter spinning test drum/cleat model at a constant speed of 50 km/h in order to investigate the tire transient response characteristics, i.e. the tire in-plane free vibration modes transmissibility. The virtual tire/drum finite element model was constructed and tested using the nonlinear finite element analysis software, PAM-SHOCK, a nonlinear finite element analysis code. The tire model was constructed in extreme detail with three-dimensional solid, layered membrane, and beam finite elements, incorporating over 18,000 nodes and 24 different types of materials. The reaction forces of the tire axle in vertical (Z axis) and longitudinal (X axis) directions were recorded when the tire rolled over a cleat on the drum, and then the FFT algorithm was applied to examine the transient response information in the frequency domain. The result showed that this PI 85/70Rl4 tire has clear peaks of 84 and 45 Hz transmissibility in the vertical and longitudinal directions. This result was validated against more than 10 previous studies by either theoretical or experimental approaches and showed excellent agreement. The tire's post-impact response was also investigated to verify the numerical convergence and computational stability of this FEA tire model and simulation strategy, the extraordinarily stable scenario was confirmed. The tire in-plane free vibration modes transmissibility was successfully detected. This approach was never before attempted in investigations of tire in-plane free vibration modes transmission phenomena; this work is believed to be the first of its kind.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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