Seismic fragility analysis is a probabilistic decision-making framework which is widely implemented for evaluating vulnerability of a building under earthquake loading. It requires ingredient named probabilistic model and commonly developed using statistics requiring collecting data in large quantities. Preparation of such a data-base is often costly and time-consuming. Therefore, in this paper, by developing generic seismic drift demand model for regular-multi-story steel moment resisting frames is tried to present a novel application of the probabilistic decision-making analysis to practical purposes. To this end, a demand model which is a linear function of intensity measure in logarithmic space is developed to predict overall maximum inter-story drift. Next, the model is coupled with a set of regression-based equations which are capable of directly estimating unknown statistical characteristics of the model parameters.To explicitly address uncertainties arise from randomness and lack of knowledge, the Bayesian regression inference is employed, when these relations are developed. The developed demand model is then employed in a Seismic Fragility Analysis (SFA) for two designed building. The accuracy of the results is also assessed by comparison with the results directly obtained from Incremental Dynamic analysis.
In this study, graph product rules are applied to the dynamic analysis of regular skeletal structures. Graph product rules have recently been utilized in structural mechanics as a powerful tool for eigensolution of symmetric and regular skeletal structures. A structure is called regular if its model is a graph product. In the first part of this paper, the formulation of time history dynamic analysis of regular structures under seismic excitation is derived using graph product rules. This formulation can generally be utilized for efficient linear elastic dynamic analysis using vibration modes. The second part comprises of random vibration analysis of regular skeletal structures via canonical forms and closed-form eigensolution of matrices containing special patterns for symmetric structures. In this part, the formulations are developed for dynamic analysis of structures subjected to random seismic excitation in frequency domain. In all the proposed methods, eigensolution of the problems is achieved with less computational effort due to incorporating graph product rules and canonical forms for symmetric and cyclically symmetric structures.
A self-oscillating interpenetrating polymer network (IPN) poly(acrylic acid)/poly(ethylene glycol) (PAA/PEG) hydrogel was prepared by using radical polymerization with a two-step method. The IPN hydrogel was characterized by FTIR spectroscopy and morphological analysis. The results indicated that the chains of PEG and PAA twined to form porous structure which is beneficial to water molecules entering inside of the hydrogel. In addition, the pH-responsive behavior, salt sensitivity, swelling/de-swelling oscillatory behaviors and self-oscillation in a closed pH oscillator were also studied. The results showed that the prepared hydrogel exhibited pH-sensitivity, good swelling/de-swelling reversibility and excellent salt sensitivity. The self-oscillating behavior of swelling/de-swelling for the prepared hydrogel was caused by pH alteration coupled with the external media. This study may create a new possibility as biomaterial including new self-walking actuators and other related devices.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1061-1064
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2008
Shear connectors have a finite slip capacity because of the mechanism by which they transfer the shear between UHPFRC and NC elements. At high degree of shear connection, non-linear analysis techniques are required to allow for compressive plasticity and tensile cracking behaviour of the elements. As with all non-linear problems, a closed form solution is difficult to find. A Modified Shooting Method Technique is developed here for non-linear analysis of UHPFRC/concrete composite. The initial effective moment is derived according to the prestressing force. The composite structure is divided into small segments which length is much less than the length of the structure and it can be assumed that the forces and displacements within each segment are constant. An equivalent analysis in composite girders would be to fix the slip strain in each segment and develop a moment curvature relationship for this slip strain in each segment. Additive forces and moment analysis on each section of the segments are analyzed by MSMT. Finally the ultimate slippage of the interface can be evaluated by the MSMT model. This paper presents a nonlinear analysis method for limited slip capacity of UHPFRC-NC interface.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.5
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pp.451-457
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2015
This paper presents the analytical closed form solution for the impact load of a collision between rigid bodies and its application to a spent nuclear fuel disposal canister accidentally dropped and impacted on the ground. This paper performed a study on the numerical rigid body dynamic analysis to compute the impact load between two rigid bodies, especially, the impulsive force which is applied to the spent nuclear fuel disposal canister in the accidental drop and impact event on the ground. Through this study the impulsive force which is occurring in the spent nuclear fuel disposal canister under accidental drop and impact event on the ground and required in the process of structural safety design of the canister is computed numerically. The main content of this numerical study is about the technical method how to compute the impulsive force applied to the canister under the accidental drop and impact event on the ground by using the commercial computer code for the rigid body dynamic analysis. On the basis of this study a problem to compute the impulsive force which is occurring in the canister in the case of collision with the ground is numerically treated. This numerically computed impulsive force is compared with the theoretical value, which shows a good agreement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.2
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pp.414-430
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1996
In this paper, a new kinematic structure of a parallel manipulator with six Cartesian degrees of freedom is proposed. It consists of a platform which is connected to a fixed base by means of 3-PPSP(parameters P, S denote the prismatic, spherical joints) subchains. Each subchain has a link which is concected to a passive prismatic joint at the one end and a passive spherical joint at the other. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. This arrangement provides a basis to control all six Cartesian degrees of motion of the platform in space. Due to its efficient architecture, the colsed-form solutions of the inverse and forward kinematics can be obtained. As a consequence, this new kinematic structure can be servo controlled using simple inverse kinematics becaese forward kinematics allows for measuring the platform's position and orientation in Cartesian space. Furthermore, the proposed structure provides an effective functional workspace. Series of simulations are performed to verify the results of the kinematics analyses.
Ghayesh, Mergen H.;Ghazavi, Mohammad R.;Khadem, Siamak E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.34
no.4
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pp.507-523
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2010
Parametric and forced non-linear vibrations of an axially moving rotor both in non-resonance and near-resonance cases have been investigated analytically in this paper. The axial speed is assumed to involve a mean value along with small harmonic fluctuations. Hamilton's principle is employed for this gyroscopic system to derive three coupled non-linear equations of motion. Longitudinal inertia is neglected under the quasi-static stretch assumption and two integro-partial-differential equations are obtained. With introducing a complex variable, the equations of motion is presented in the form of a single, complex equation. The method of multiple scales is applied directly to the resulting equation and the approximate closed-form solution is obtained. Stability boundaries for the steady-state response are formulated and the frequency-response curves are drawn. A number of case studies are considered and the numerical simulations are presented to highlight the effects of system parameters on the linear and nonlinear natural frequencies, mode shapes, limit cycles and the frequency-response curves of the system.
Almitani, Khalid H.;Abdelrahman, Alaa A.;Eltaher, Mohamed A.
Steel and Composite Structures
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v.35
no.4
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pp.555-566
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2020
This paper aims to present an analytical methodology to investigate influences of nanoscale and surface energy on buckling stability behavior of perforated nanobeam structural element, for the first time. The surface energy effect is exploited to consider the free energy on the surface of nanobeam by using Gurtin-Murdoch surface elasticity theory. Thin and thick beams are considered by using both classical beam of Euler and first order shear deformation of Timoshenko theories, respectively. Equivalent geometrical constant of regularly squared perforated beam are presented in simplified form. Problem formulation of nanostructure beam including surface energies is derived in detail. Explicit analytical solution for nanoscale beams are developed for both beam theories to evaluate the surface stress effects and size-dependent nanoscale on the critical buckling loads. The closed form solution is confirmed and proven by comparing the obtained results with previous works. Parametric studies are achieved to demonstrate impacts of beam filling ratio, the number of hole rows, surface material characteristics, beam slenderness ratio, boundary conditions as well as loading conditions on the non-classical buckling of perforated nanobeams in incidence of surface effects. It is found that, the surface residual stress has more significant effect on the critical buckling loads with the corresponding effect of the surface elasticity. The proposed model can be used as benchmarks in designing, analysis and manufacturing of perforated nanobeams.
One of the possible alternatives of simulation-based time-dependent reliability assessment of pre-stressed biconcave and biconvex cable trusses, the Monte Carlo method, is applied in this paper. The influence of an excessive deflection of cable truss (caused by creep of cables and rheologic changes) on its time-dependent serviceability is investigated. Attention is given to the definition of the basic random variables and their statistical functions (basic, mutually dependent random variables such as the pre-stressing forces of the bottom and top cable, structural geometry, the Young's modulus of elasticity of the cables, and the independent variables, such as permanent load, wind, snow and thermal actions). Then, the determination of the response of the cable truss to the loading effects, and the definition of the limiting values considering serviceability of the structure are performed. The potential of the method, using direct Monte Carlo technique for simulation-based time-dependent reliability assessment as a powerful tool, is emphasized. Results obtained by the First order reliability method (FORM) are compared with those obtained by the Monte Carlo simulation technique.
For the first time, an accurate analytical solution, based on coupled three-dimensional (3D) piezoelasticity equations, is presented for free vibration analysis of the angle-ply elastic and piezoelectric flat laminated panels under arbitrary boundary conditions. The present analytical solution is applicable to composite, sandwich and hybrid panels having arbitrary angle-ply lay-up, material properties, and boundary conditions. The modified Hamiltons principle approach has been applied to derive the weak form of governing equations where stresses, displacements, electric potential, and electric displacement field variables are considered as primary variables. Thereafter, multi-term multi-field extended Kantorovich approach (MMEKM) is employed to transform the governing equation into two sets of algebraic-ordinary differential equations (ODEs), one along in-plane (x) and other along the thickness (z) direction, respectively. These ODEs are solved in closed-form manner, which ensures the same order of accuracy for all the variables (stresses, displacements, and electric variables) by satisfying the boundary and continuity equations in exact manners. A robust algorithm is developed for extracting the natural frequencies and mode shapes. The numerical results are reported for various configurations such as elastic panels, sandwich panels and piezoelectric panels under different sets of boundary conditions. The effect of ply-angle and thickness to span ratio (s) on the dynamic behavior of the panels are also investigated. The presented 3D analytical solution will be helpful in the assessment of various 1D theories and numerical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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