Wind tunnel aeroelastic model tests of the Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC) standard tall building were conducted using a three-degree-of-freedom base hinged aeroelastic(BHA) model. Experimental investigation into the effects of coupled translational-torsional motion, cross-wind/torsional frequency ratio and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness on the wind-induced response characteristics and wind excitation mechanisms was carried out. The wind tunnel test results highlight the significant effects of coupled translational-torsional motion, and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness, on both the normalised along-wind and cross-wind acceleration responses for reduced wind velocities ranging from 4 to 20. Coupled translational-torsional motion and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness also have significant impacts on the amplitude-dependent effect caused by the vortex resonant process, and the transfer of vibrational energy between the along-wind and cross-wind directions. These resulted in either an increase or decrease of each response component, in particular at reduced wind velocities close to a critical value of 10. In addition, the contribution of vibrational energy from the torsional motion to the cross-wind response of the building model can be greatly amplified by the effect of resonance between the vortex shedding frequency and the torsional natural frequency of the building model.
Single span historic bridges often contain non-prismatic members identified with a varying depth along their span lengths. Commonly, the symmetric parabolic height variations having the constant haunch length ratio of 0.5 have been selected to lower the stresses at the high bending moment points and to maintain the deflections within the acceptable limits. Due to their non-prismatic geometrical configuration, their assessment, particularly the computation of fixed-end horizontal forces (FEFs) and fixed-end moments (FEMs) becomes a complex problem. Therefore, this study aimed to investigate the behavior of non-prismatic beams with symmetrical parabolic haunches (NBSPH) having the constant haunch length ratio of 0.5 using finite element analyses (FEA). FEFs and FEMs due to vertical loadings as well as the stiffness coefficients and the carry-over factors were computed through a comprehensive parametric study using FEA. It was demonstrated that the conventional methods using frame elements can lead to significant errors, and the deviations can reach to unacceptable levels for these types of structures. Despite the robustness of FEA, the generation of FEFs and FEMs using the nodal outputs of the detailed finite element mesh still remains an intricate task. Therefore, this study advances to propose effective formulas and dimensionless estimation coefficients to predict the FEFs, FEMs, stiffness coefficients and carry-over factors with reasonable accuracy for the analysis and re-evaluation of the NBSPH. Using the proposed approach, the fixed-end reactions due to vertical loads, and also the stiffness coefficients and the carry-over factors of the NBSPH can be determined without necessitating the detailed FEA.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.10
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pp.907-914
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2010
While rubber components are extensively used in automobile vehicle, there are still a lot of difficulties in designing the rubber components applied in complex shapes and preloaded states because of the complicated material properties. In this paper, an efficient experimental method is suggested, which estimates the dynamic stiffness of a rubber component using rubber material test and static stiffness of the bush. And it is verified by comparing with FEM predictions and experimental results. This method is capable of predicting the dynamic stiffness of a rubber bush under various load conditions from minimized test data. Also it estimates dynamic characteristics of a rubber component using rubber material test and FEM calculation.
Duan, Yuanfeng;Ni, Yi-Qing;Zhang, Hongmei;Spencer, Billie.F. Jr.;Ko, Jan-Ming;Fang, Yi
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.521-536
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2019
Using magnetorheological (MR) dampers in multiswitch open-loop control mode has been shown to be cost-effective for cable vibration mitigation. In this paper, a method for analyzing the damping performance of taut cables incorporating MR dampers in open-loop control mode is developed considering the effects of damping coefficient, damper stiffness, damper mass, and stiffness of the damper support. Making use of a three-element model of MR dampers and complex modal analysis, both numerical and asymptotic solutions are obtained. An analytical expression is obtained from the asymptotic solution to evaluate the equivalent damping ratio of the cable-damper system in the open-loop control mode. The individual and combined effects of the damping coefficient, damper stiffness, damper mass and stiffness of damper support on vibration control effectiveness are investigated in detail. The main thrust of the present study is to derive a general formula explicitly relating the normalized system damping ratio and the normalized damper parameters in consideration of all concerned effects, which can be easily used for the design of MR dampers to achieve optimal open-loop vibration control of taut cables.
Papinutti, Mitja;Cetina, Matjaz;Brank, Bostjan;Petersen, Oyvind W.;Oiseth, Ole
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.561-573
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2020
Unsteady self-excited forces are commonly represented by parametric models such as rational functions. However, this requires complex multiparametric nonlinear fitting, which can be a challenging task that requires know-how. This paper explores the alternative nonparametric modeling of unsteady self-excited forces based on relations between flutter derivatives. By exploiting the properties of the transfer function of linear causal systems, we show that damping and stiffness aerodynamic derivatives are related by the Hilbert transform. This property is utilized to develop exact simplified expressions, where it is only necessary to consider the frequency dependency of either the aeroelastic damping or stiffness terms but not both simultaneously. This approach is useful if the experimental data on aerodynamic derivatives that are related to the damping are deemed more accurate than the data that are related to the stiffness or vice versa. The proposed numerical models are evaluated with numerical examples and with data from wind tunnel experiments. The presented method can evaluate any continuous fitted table of interpolation functions of various types, which are independently fitted to aeroelastic damping and stiffness terms. The results demonstrate that the proposed methodology performs well. The relations between the flutter derivatives can be used to enhance the understanding of experimental modeling of aerodynamic self-excited forces for bridge decks.
The rotational stiffness of a semi-rigid beam-to-column connection plays an important role in the reduction of the second-order effects in the precast concrete skeletal frames. The aim of this study is to present a detailed nonlinear finite element study to reproduce the experimental response of a semi-rigid precast beam-to-column connection composed by corbel, dowel bar and continuity tie bars available in the literature. A parametric study was carried using four arrangements of the reinforcing tie bars in the connection, including high ratio of the continuity tie bars passing around the column in the cast-in-place concrete. The results from the parametric study were compared to analytical equations proposed to evaluate the secant rotational stiffness of beam-to-column connections. The good agreement with the experimental results was obtained, demonstrating that the finite element model can accurately predict the structural behaviour of the beam-to-column connection despite its complex geometric configuration. The secant rotational stiffness of the connection was good evaluated by the analytical model available in the literature for ratio of the continuity tie bars of up to 0.69%. Precast beam-to-column connection with a ratio of the continuity tie bars higher than 1.4% had the secant stiffness overestimated. Therefore, an adjustment coefficient for the effective depth of the crack at the end of the beam was proposed for the analytical model, which is a function of the ratio of the continuity tie bars.
Background: The purpose of the current study was to investigate short- to mid-term outcomes and complications following radial head replacement (RHR) for complex radial head fractures and to identify factors associated with clinical outcomes. Methods: Twenty-four patients with complex radial head fractures were treated by RHR. The mean age of the patients was 49.8 years (range, 19-73 years). Clinical and radiographic outcomes were evaluated for a mean follow-up period of 58.9 months (range, 27-163 months) using the visual analog scale (VAS) score for pain, the Mayo elbow performance score (MEPS), the quick disabilities of the arm, shoulder and hand (Quick-DASH) score, and serial plain radiographs. Complications were also evaluated. Results: At the final follow-up, the mean VAS score, MEPS, and Quick-DASH score were 0.6±1.1, 88.7±11.5, and 19.4±7.8, respectively. The mean range of motion was 132.7° of flexion, 4.7° of extension, 76.2° of pronation, and 77.5° of supination. Periprosthetic lucency was observed in six patients (25%). Heterotopic ossification was observed in four patients (16.7%). Arthritic change of the elbow joint developed in seven patients (29.2%). Capitellar wear was found in five patients (20.8%). Arthritic change of the elbow joint was significantly correlated with MEPS (P=0.047). Four cases of complications (16.6%) were observed, including two cases of major complications (one stiffness with heterotopic ossification and progressive ulnar neuropathy and one stiffness) and two cases of minor complications (two transient ulnar neuropathy). Conclusions: RHR for the treatment of complex radial head fractures yielded satisfactory short- to mid-term clinical outcomes, though radiographic complications were relatively high.
To improve braced frame performance, the connection strength, stiffness, and ductility must be directly considered in the frame design. The resistance of the connection must be designed to resist seismic loads and to help provide the required system ductility. In addition, the connection stiffness affects the dynamic response and the deformation demands on the structural members and connections. In this paper, current design models for gusset plate connections are reviewed and evaluated usingthe results of past experiments. Current models are still not sufficient to provide adequate connection design guidelines and the actual stress and strain states in the gusset plate are very nonlinear and highly complex. Design engineers want simple models with beam and column elements to make an approximate estimation of system and connection performance. The simplified design models are developed and evaluated to predict connection stiffness and system behavior. These models produce reasonably accurate and reliable estimation of connection stiffness.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.43
no.4
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pp.49-58
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2011
The maximum drying shrinkage velocity was proposed to verify bulk and stiffness improvement mechanism during drying according to papermaking parameters. It was based on the wet-web shrinkage behavior without the restraint of wet-web during drying, so intact drying impact could be measured. Bulking agent reduced the drying shrinkage and the maximum drying shrinkage velocity, so paper bulk increased and paper strength decreased. When adding cationic starch to stock with the bulking agent for strengthening, the bulk was increased further with additional decreasing of the drying shrinkage and the maximum drying shrinkage velocity. Paper strength also increased except tensile stiffness index with decreasing the drying shrinkage and the maximum drying shrinkage velocity. When using additional strength additives for strengthening of fiber interfaces extended by bulking agent and cationic starch, amphoteric strength additive increased paper stiffness without loss of paper bulk. It was considered that the added amphoteric strength additives were cross-linked to the stretched cationic starch and this cross-linking increased elasticity of fiber-polymer-fiber interfaces without changing the drying behavior. Paper bulk could be increased with decreasing the maximum drying shrinkage velocity. The drying shrinkage of paper also could be controlled by fiber-to-fiber bonding interfaces by the bulking agent. In this case, paper strength including stiffness was decreased by reducing fiber-to-fiber bonding but it could be improved by strengthening fiber-to-fiber interfaces with polymer complex without loss of bulk.
The composite lattice structures have advantages of high specific stiffness and strength and are mainly applied to the structures of launch vehicles that carry the compressive load. However, since these structures are manufactured by filament winding technology, there are some defects and voids found in the knots. For these reasons, the stiffness and strength of the lattice structures have to be compared with finite element model for predicting design load. But, the full scale test is difficult because time and space are limited and the shape of structure is complex, and hence the simple and reliable test methods for examination of stiffness are needed. In this paper, subelements of composite lattice structures were prepared and compressive and bending test were conducted for examination of stiffness of helical and hoop rib. Test methods for subelements of composite lattice structures that has curved and twisted shape were supposed and compared with finite element analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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