The primary objectives of this research are to investigate the energy factor response of steel moment resisting frame (MRF) systems equipped with fuses subject to ground motions and to develop an energy-based evaluation approach for evaluating the damage-control behavior of the system. First, the energy factor of steel MRF systems with fuses below the resilience threshold is derived utilizing the energy balance equation considering bilinear oscillators with significant post-yielding stiffness ratio, and the effect of structural nonlinearity on the energy factor is investigated by conducting a parametric study covering a wide range of parameters. A practical transformation approach is also proposed to associate the energy factor of steel MRF systems with fuses with classic design spectra based on elasto-plastic systems. Then, the energy balance is extended to structural systems, and an energy-based procedure for damage-control evaluation is proposed and a damage-control index is also derived. The approach is then applied to two types of steel MRF systems with fuses to explore the applicability for quantifying the damage-control behavior. The rationality of the proposed approach and the accuracy for identifying the damage-control behavior are demonstrated by nonlinear static analyses and incremental dynamic analyses utilizing prototype structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.3
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pp.11-26
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2011
The inelastic displacement ratio is defined as the ratio of the peak inelastic displacement to the peak linear elastic displacement. The inelastic displacement ratio allows simple evaluation of the peak inelastic displacement directly from the peak elastic displacement without computation of the inelastic response. Existing research of the inelastic displacement ratio is limited to piece-wise linear systems such as bilinear or stiffness degrading systems. In this paper, the inelastic displacement ratio is investigated for smooth hysteretic behavior systems subjected to near- and far-fault earthquakes. A simple formula of the inelastic displacement ratio is proposed by using a two step procedure of regression analysis.
Numerical modeling for the safety-related equipment used in a nuclear power plant (i.e., cabinet facilities) plays an essential role in seismic risk assessment. A full finite element model is often time-consuming for nonlinear time history analysis due to its computational modeling complexity. Thus, this study aims to generate a simplified model that can capture the nonlinear behavior of the electrical cabinet. Accordingly, the distributed plasticity approach was utilized to examine the stiffness-degradation effect caused by the local buckling of the structure. The inherent dynamic characteristics of the numerical model were validated against the experimental test. The outcomes indicate that the proposed model can adequately represent the significant behavior of the structure, and it is preferred in practice to perform the nonlinear analysis of the cabinet. Further investigations were carried out to evaluate the seismic behavior of the cabinet under the influence of the constitutive law of material models. Three available models in OpenSees (i.e., linear, bilinear, and Giuffre-Menegotto-Pinto (GMP) model) were considered to provide an enhanced understating of the seismic responses of the cabinet. It was found that the material nonlinearity, which is the function of its smoothness, is the most effective parameter for the structural analysis of the cabinet. Also, it showed that implementing nonlinear models reduces the seismic response of the cabinet considerably in comparison with the linear model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.415-422
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2016
When shock acceleration is applied to a mechanical system, it may cause malfunctioning and damage to the system. Hence, to prevent these problems when developing a gimbal structure system for observation reconnaissance, the MIL-STD-810G shock standard must be satisfied as a design specification. Rubber vibration isolators are generally assembled on the base of the system in order to reduce the shock transferred from the aircraft. It is difficult to analyze the transient behavior of the system accurately, because rubber has a nonlinear load-deformation curve. To treat the nonlinear characteristic of the rubber, bilinear approximation was introduced. Using this assumption, transient responses of the system under base shock acceleration were calculated by the finite element method. In addition, experiments with a true prototype were performed using the same conditions as the analytical model. Compared with experimental data, the proposed numerical method is useful for the transient analysis of gimbal structure systems, including rubber vibration isolators with nonlinear stiffness and damping.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.26
no.1
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pp.81-87
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1990
In this paper, a new design method in which transient response behavior of a servo~system can be improved, is proposed using a bilinear transformation method which assigns the poles of the closed-loop system in a specified region. The servo-system is a dynamic system which follows the given reference input automatically. In the above meaning, the design of a servo-system is similar to a regulator design problem for the extended system which is resulted from the given system and the reference input by the well known internal moel principle. In the design problem of servo control system, it is supposed that the proposed design method has more practical meaning in comparison to the other design methods, in the views of assigning the characteristic roots of the closed loop system in a specified region satisfying a design specification for the given transient response rather than in the exact positions of the poles. The applicability of the design method proposed in this paper was proved by the simulation results for the angle control problem of an electrical servo mechanism.
In this paper, a stress transfer mechanism between near surface-mounted (NSM) fiber reinforced polymer (FRP) plate and concrete was investigated and a reliable analytical procedure for it was presented by using bilinear bond-slip model simulating the bond behavior of NSM FRP plate. As a result, critical values in the bi-linear model such as maximum shear strength, slip at that time and failure slip at the initiation of softening de-bonding were suggested for being used in the differential equation considering he interfacial characteristic between NSM FRP and concrete. Also, it was found that the bond-slip behavior could be suitably redicted by using the proposed procedure even in the case of various bond lengths from the comparison with bond test result.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.247-250
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2007
Flexible media such as the paper, the film, etc. are thin, light and very flexible. They behave in geometrically nonlinear. Any of small force makes large deformation. So we must including aerodynamic effect when its behavior is predicted. Thus, it becomes fully coupled fluid-structure interaction(FSI) problem. In FSI problems, where the fluid mesh near the structure undergoes large deformations and becomes unacceptably distorted, which drive the time step to a very small value for explicit calculations, the arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods or rezoning are used to create a new undistorted mesh for the fluid domain, which allows the calculations to continue. In this paper, FE sheet model considering geometric nonlinearity is formulated to simulate the behavior of the flexible media. Aerodynamic force to the media by surrounding air is calculated by solving the incompressible Navier-Stokes equations. Q2Q1(Taylor-Hood) element which means biquadratic for velocity and bilinear for pressure is used for fluid domain. Q2Q1 element satisfies LBB condition and any stabilization technique is not needed. In this paper, cantilevered sheet in the viscous incompressible Navier-Stokes flow is simulated to check the mesh motion and numerical integration scheme, and then falling paper in the air is simulated and the effects of some representative parameters are investigated.
The objective of our study is to analyze the behavior of bonded, riveted and hybrid (bonded / riveted) steel / steel assemblies by tensile tests and to show the advantage of a hybrid assembly over other processes. the finite element method with the ABAQUS numerical code was used to model the fracture behavior of the different assemblies. Cohesive zone models (CZM) have been adopted to model crack propagation in bonded joints using a bilinear tensile separation law implemented in the ABAQUS finite element code. The riveted assemblies were modeled with the XFEM damage method identified in this ABAQUS numerical code. Both CZM and XFEM methods are combined to model hybrid assemblies. The results are consistent with the experimental results and make it possible to guarantee the validity of the applied numerical model. The use of a hybrid assembly shows a high resistance compared to other conventional methods, where the number of rivets has been highlighted. The use of the hybrid assembly improves mechanical strength and increases service life compared to a single lap joint and a riveted joint.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.5
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pp.387-395
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2008
Stress distribution and interfacial debonding process at the interface between a rubber mold and a powder compact were analyzed during unloading under cold isostatic pressing. The Cap model proposed by Lee and Kim was used for densification behavior of powder based on the parameters involved in the yield function of general Cap model and volumetric strain evolution. Cohesive elements incorporating a bilinear cohesive zone model were also used to simulate interfacial debonding process. The Cap model and the cohesive zone model were implemented into a finite element program (ABAQUS). Densification behavior of powder was investigated under various interface conditions between a rubber mold and a powder compact during loading. The residual tensile stress at the interface was investigated for rubber molds with various elastic moduli under perfect bonding condition. The variations of the elastic energy density of a rubber mold and the maximum principal stress of a powder compact were calculated for several interfacial strengths at the interface during unloading.
When a crack exists under a residual stress, for example in welds, the crack can be closed and it shows non symmetric behavior for tension and compression. Ultrasonic detection method for those nonlinear cracks has been developed recently. The method uses the higher order harmonics generating at the crack surface. In this study, parameter study was carried out for the analysis of the harmonics generation at a nonlinear contact interface as a preliminary study for general 3-dimensional cracks. One-dimensional problem with simple bilinear behavior for the contacting surface was considered. The amplitude of second harmonic to the fundamental wave was obtained for various stiffness ratios, incident frequencies, and the contacting layer thicknesses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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