The tension of an arch bridge hanger is estimated using a number of experimentally identified modal frequencies. The hanger is connected through metallic plates to the bridge deck and arch. Two different categories of model classes are considered to simulate the vibrations of the hanger: an analytical model based on the Euler-Bernoulli beam theory, and a high-fidelity finite element (FE) model. A Bayesian parameter estimation and model selection method is used to discriminate between models, select the best model, and estimate the hanger tension and its uncertainty. It is demonstrated that the end plate connections and boundary conditions of the hanger due to the flexibility of the deck/arch significantly affect the estimate of the axial load and its uncertainty. A fixed-end high fidelity FE model of the hanger underestimates the hanger tension by more than 20 compared to a baseline FE model with flexible supports. Simplified beam models can give fairly accurate results, close to the ones obtained from the high fidelity FE model with flexible support conditions, provided that the concept of equivalent length is introduced and/or end rotational springs are included to simulate the flexibility of the hanger ends. The effect of the number of experimentally identified modal frequencies on the estimates of the hanger tension and its uncertainty is investigated.
In most framed structures the nonlinearities and the damages are localized, extending over a limited length of the structural member. In order to capture the details of the local damage, the segments of a member that have entered the nonlinear range may need to be analyzed using the three-dimensional element (3D) model whereas the rest of the member can be analyzed using the simpler one-dimensional (1D) element model with fewer degrees of freedom. An Element-Coupling model was proposed to couple the small scale solid 3D elements with the large scale 1D beam elements. The mixed dimensional coupling is performed imposing the kinematic coupling hypothesis of the 1D model on the interfaces of the 3D model. The analysis results are compared with test results of a reinforced concrete pipe column and a structure consisting of reinforced concrete columns and a steel space truss subjected to static and dynamic loading. This structure is a reduced scale model of a direct air-cooled condenser support platform built in a thermal power plant. The reduction scale for the column as well as for the structure was 1:8. The same structures are also analyzed using 3D solid elements for the entire structure to demonstrate the validity of the Element-Coupling model. A comparison of the accuracy and the computational effort indicates that by the proposed Element-Coupling method the accuracy is almost the same but the computational effort is significantly reduced.
Kim, Hyun-Oh;Kim, Seong-Hwan;Kim, Dong-Ho;Lee, Bong-Hak
Journal of Industrial Technology
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v.24
no.A
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pp.179-184
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2004
Each year, new technological advancements for repair-purpose are being introduced to overlay the old deterioration of RC bridge deck at highway by latex-modified concrete. The days may come when this old problem will be successfully resolved. While the experimental works and researches are very active at both laboratory and field, only a few theoretical studies were performed on interfacial problems, especially on stress distribution and concentration of RC beam overlayed by latex-modified concrete. The repaired and strengthened structures would induce a premature failure due to the stress concentration at the adhesive layer of different material before the design expected failure. This paper investigated and proposed an analytical model for predicting interfacial shear and normal stresses of RC beam repair-purpose overlayed by latex-modified concrete. This would be used for predicting interfacial stresses and preventing premature failure at interfaces. This study modified Smith-Teng method for applying to cementitious repairing material, which was based on a direct governing equation and linear-elastic approach for interfacial normal and shear stresses. The proposed theoretical model was verified using commercial FEA program, LUSAS, in terms of interfacial stresses predicted by the proposed model and calculated by LUSAS.
Kim, Seungjun;Lee, Kee Sei;Kim, Kyung Sik;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.1-13
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2010
This paper presents an investigation on the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges using geometric nonlinear finite element analysis method. The girder and mast in cable-stayed bridges show the combined axial load and bending moment interaction due to horizontal and vertical forces of inclined cable. So these members are considered as beam-column member. In this study, the nonlinear finite element analysis method is used to resolve the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges in consideration of beam-column effect, large displacement effect (known as P-${\delta}$ effect) and cable sag effect. To analyze a cable-stayed bridge model, nonlinear 6-degree of freedom frame element and nonlinear 3-degree of freedom equivalent truss element is used. To resolve the geometric nonlinear behavior for various live load cases, the initial shape analysis is performed for considering dead load before live load analysis. Then the geometric nonlinear analysis for each live load case is performed. The deformed shapes of each model, load-displacement curves of each point and load-tensile force curves for each cable are presented for quantitative study of geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges.
This study was designed to investigate the displacements and reaction forces of teeth caused by the application of the rectangular shape-memory arch wires with curve of Spee. Computer-aided three dimensional finite element method was adopted. This finite element model consists of brick element for teeth, beam element for the wire, and contact element for the periodontal ligament. And the application of the MEAW(Multiloop Edgewise Arch Wire) was also studied so that the results of the two methods can be compared each other. Total number of the nodes and elements were found to be 5925 and 4031, repectively. In addition, several types of elastics and corresponding displacements and reaction forces were examined. The findings of this study were as follows: 1. When the rectangular shape-memory arch wire with curve of Sun was used alone, the intrusion and labioversion was noticeable on the upper incisors, while the upper molars showed less intrusion. With MEAW, the intrusion and labioversion of the upper incisors were slightly larger than those when the shape-memory arch wire was used, but on the upper molars the opposite result was obtained with respect to the intrusion. 2. The shape-memory arch wire with the vertical elastics caused the larger downward displacement on the upper canine than that when the MEAW was used with the vertical elastics. However, the downward displacement of the upper incisors was larger in MEAW. The uprighting and buccoversion of the molars were observed in both cases. 3. The use of the Class II or III elastics showed the extrusion and changes in torque of the corresponding teeth. The downward displacement of the upper canine was increased when the Class II and vertical elastics were applied simultaneously, but it was decreased when both of the Class III and vertical elastics were used.
In this study, the PIC design method with machine learning that automatically assigning different stacking sequences according to loading types was applied bumper beam. The input value and labels of the training data for applying machine learning were defined as coordinates and loading types of reference elements that are part of the total elements, respectively. In order to compare the 2D and 3D implementation method, which are methods of representing coordinate value, training data were generated, and machine learning models were trained with each method. The 2D implementation method is divided FE model into each face and generating learning data and training machine learning models accordingly. The 3D implementation method is training one machine learning model by generating training data from the entire finite element model. The hyperparameter were tuned to optimal values through the Bayesian algorithm, and the k-NN classification method showed the highest prediction rate and AUC-ROC among the tuned models. The 3D implementation method revealed higher performance than the 2D implementation method. The loading type data predicted through the machine learning model were mapped to the finite element model and comparatively verified through FE analysis. It was found that 3D implementation PIC bumper beam was superior to 2D implementation and uni-stacking sequence composite bumper.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.18
no.3
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pp.175-181
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2018
The array patterns of a patch array antenna were calculated using an active element pattern (AEP) method that considers ground edge effects. The classical equivalent radiation model of the patch antenna, which is characterized by two radiating slots, was adopted, and the AEPs that include mutual coupling were precisely calculated using full-wave simulated S-parameters. To improve the accuracy of the calculation, the edge diffraction of a ground plane was incorporated into AEP using the uniform geometrical theory of diffraction. The array patterns were then calculated on the basis of the computed AEPs. The array patterns obtained through the conventional AEP approach and the AEP method that takes ground edge effects into account were compared with the findings derived through full-wave simulations conducted using a High Frequency Structure Simulator (HFSS) and FEKO software. Results showed that the array patterns calculated using the proposed AEP method are more accurate than those derived using the conventional AEP technique, especially under a small number of array elements or under increased steering angles.
Using fluid dampers to connect adjacent buildings for enhancing their seismic resistant performance has been recently investigated but limited to linear elastic adjacent buildings only. This paper presents a study of inelastic seismic response of adjacent buildings linked by fluid dampers. A nonlinear finite element planar model using plastic beam element is first constructed to simulate two steel frames connected by fluid dampers. Computed linear elastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers under moderate seismic events are then compared with the experimental results obtained from shaking table tests. Finally, elastic-plastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers are extensively computed, and the fluid damper performance on controlling inelastic seismic response of the two steel frames is assessed. The effects of the fundamental frequency ratio and structural damping ratio of the two steel frames on the damper performance are also examined. The results show that not only in linear elastic stage but also in inelastic stage, the seismic resistant performance of the two steel frames of different fundamental frequencies can be significantly enhanced if they are properly linked by fluid dampers of appropriate parameters.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.10
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pp.923-930
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2010
Finite element models of dynamic systems can be updated in two stages. In the first stage, mass and stiffness matrices are updated neglecting damping, and in the second stage, damping matrices are estimated with the mass and stiffness matrices fixed. Three methods to estimate damping matrices for this purpose are proposed in this paper. The methods include one for proportional damping systems and two for non-proportional damping systems. Method 1 utilizes orthogonality of normal modes and estimates damping matrices using the modal parameters extracted from the measured responses. Method 2 estimates damping matrices from impedance matrices which are the inverse of FRF matrices. Method 3 estimates damping using the equation which relates a damping matrix to the difference between the analytical and measured FRFs. The characteristics of the three methods are investigated by applying them to simulated discrete system data and experimental cantilever beam data.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.12
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pp.143-152
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1997
The deflection of an end mill is very important in machining process and cutting simulation because it affects directly workpiece accuracy, cutting force, and chattering. In this study, the deflection of the end mill was studied both experimentally and by using finite element analysis. And the moment of inertia of cross sections of the helical end mill is calculated for the determination of the relation between geometry of radial cross section and rigidity of the tools. Using the Bernoulli-Euler beam theory and the concept of equivalent diameter, a deflection model is established, which includes most influences from tool geomety parameters. It was found that helix angle attenuates the rigidity of the end mill by the finite element analysis. As a result, the equivalent diameter is determined by tooth number, inscribed diameter ratio, cross sectional geometry and helix angle. Because the relation betweem equivalent diameter and each factor is nonlinear, neural network is used to decide the equivalent diameter. Input patterns and desired outputs for the neural network are obtained by FEM analysis in several case of end milling operations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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