Large Eddy Simulation (LES) is used to explore the influence of vibration frequency and amplitude on the aerodynamic performance of a rectangular cylinder with an aspect ratio of B/D=5 (B: breadth; D: depth of cylinder) at a Reynolds number of 22,000 near resonance frequency. In smooth flow conditions, the research employs a sequence of three-dimensional simulations under forced vibration with diverse frequency ratios fe / fo = 0.8-1.2 (fe : oscillation frequency; fo : Strouhal frequency when the rectangular cylinder is stationary ) and oscillation amplitudes Ah/D = 0.05 - 0.3. The individual influences of fe / fo and Ah/D on the characteristics of integrated and distributed aerodynamic forces are the focal points of discussion. For the integrated aerodynamic force, particular emphasis is placed on the analysis of the dependence of velocity-proportional component C1 and displacement-proportional component C2 of unsteady aerodynamic force on amplitude and frequency ratio. Near the resonance frequency, the dependencies of C1 and C2 on amplitude are stronger than that of frequency ratio. For the distributed aerodynamic force, the increase in frequency and amplitude promotes the position of the main vortex core and reattachment to the leading edge in the streamwise direction. In the spanwise direction, vibration enhances the spanwise correlation of aerodynamic force to weaken the three-dimensional effect of the flow field, and a lower frequency ratio and larger amplitude amplify this effect.
A gradient-based evolutionary optimization methodology is presented for finding the optimal design of both the added dampers and their supporting members to minimize an objective function of a linear multi-storey structure subjected to the critical ground acceleration. The objective function is taken as the sum of the stochastic interstorey drifts. A frequency-dependent viscoelastic damper and the supporting member are treated as a vibration control device. Due to the added stiffness by the supplemental viscoelastic damper, the variable critical excitation needs to be updated simultaneously within the evolutionary phase of the optimal damper placement. Two different models of the entire damper unit are investigated. The first model is a detailed model referred to as "the 3N model" where the relative displacement in each component (i.e., the spring and the dashpot) of the damper unit is defined. The second model is a simpler model referred to as "the N model" where the entire damper unit is converted into an equivalent frequency-dependent Kelvin-Voigt model. Numerical analyses for 3 and 10-storey building models are conducted to investigate the characters of the optimal design using these models and to examine the validity of the proposed technique.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.7
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pp.565-570
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2016
This paper presents the characteristics related to needle insertion of a robotic device for the automated biopsy procedure. The automated biopsy device, a main component of the robotic needle insertion type intervention system, allows performance of the full biopsy procedure, except for anesthesia, without direct handling of a radiologist or a tele-operated control. In this study, the needle length parameters corresponding to various insertion depths and precision for needle insertion of the automated biopsy device, are discussed. There were two combinations of needle length parameters for appropriate needle insertion and motion capture-based measurement was performed; 0.156 mm error for the 90 mm length commanded insertion displacement was measured. The pre-defined goal is a maximum 1 mm error and thus our measured error is within the acceptable range. In the repeatability check, it was also shown that the device can implement a highly accurate insertion.
Hoag, Adam;Hoult, Neil A.;Take, W. Andy;Moreu, Fernando;Le, Hoat;Tolikonda, Vamsi
Smart Structures and Systems
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v.19
no.2
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pp.225-236
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2017
Railroad bridges in North America are an integral but aging part of the railroad network and are typically only monitored using visual inspections. When quantitative information is required for assessment, railroads often monitor bridges using accelerometers. However without a sensor to directly measure displacements, it is difficult to interpret these results as they relate to bridge performance. Digital Image Correlation (DIC) is a non-contact sensor technology capable of directly measuring the displacement of any visible bridge component. In this research, a railroad bridge was monitored under load using DIC and accelerometers. DIC measurements are directly compared to serviceability limits and it is observed that the bridge is compliant. The accelerometer data is also used to calculate displacements which are compared to the DIC measurements to assess the accuracy of the accelerometer measurements. These measurements compared well for zero-mean lateral data, providing measurement redundancy and validation. The lateral displacements from both the accelerometers and DIC at the supports were then used to determine the source of lateral displacements within the support system.
This paper presents a user programmable computational/control platform developed to conduct real-time hybrid simulation (RTHS). The architecture of this platform is based on the integration of a real-time controller and a field programmable gate array (FPGA).This not only enables the user to apply user-defined control laws to control the experimental substructures, but also provides ample computational resources to run the integration algorithm and analytical substructure state determination in real-time. In this platform the need for SCRAMNet as the communication device between real-time and servo-control workstations has been eliminated which was a critical component in several former RTHS platforms. The accuracy of the servo-hydraulic actuator displacement control, where the control tasks get executed on the FPGA was verified using single-degree-of-freedom (SDOF) and 2 degrees-of-freedom (2DOF) experimental substructures. Finally, the functionality of the proposed system as a robust and reliable RTHS platform for performance evaluation of structural systems was validated by conducting real-time hybrid simulation of a three story nonlinear structure with SDOF and 2DOF experimental substructures. Also, tracking indicators were employed to assess the accuracy of the results.
Kim, Wan-Doo;Kim, Wan-Soo;Kim, Dong-Jin;Woo, Chang-Soo;Lee, Hak-Joo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.6
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pp.848-859
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2004
Mechanical testing methods to determine the material constants for large deformation nonlinear finite element analysis were demonstrated for natural rubber. Uniaxial tension, uniaxial compression, equi-biaxial tension and pure shear tests of rubber specimens are performed to achieve the stress-strain curves. The stress-strain curves are obtained after between 5 and 10 cycles to consider the Mullins effect. Mooney and Ogden strain-energy density functions, which are typical form of the hyperelastic material, are determined and compared with each other. The material constants using only uniaxial tension data are about 20% higher than those obtained by any other test data set. The experimental equations of shear elastic modulus on the hardness and maximum strain are presented using multiple regression method. Large deformation finite element analysis of automotive transmission mount using different material constants is performed and the load-displacement curves are compared with experiments. The selection of material constant in large deformation finite element analysis depend on the strain level of component in service.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1992.10a
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pp.140-154
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1992
The objective of the research stated here was aimed at providing the information needed to establish the Korean Seismic Design Code Recommendations and Guides for precast concrete (P.C) large panel apartment buildings. This was accomplished by investigation and analysis of the response of P.C large panel structures subjected to shaking table excitation simulating earthquake ground motion. one of the test specimens used was 1/3-scaled 3-story box P.C model provided by Sam-Hwan Camus Corporation. The 4m $\times$4m shaking table was used to simulate the earthquake ground motion. the employed input accelerogram was the one recorded as Taft N21E component and the peak ground acceleration(PGA) was scaled depending on the desired level of seismic severity and the time according to dynamic similitude rule. Based on results obtained from shaking table test of this P.C model, the following conclusions were drawn . (1) As far as test specimen is concerned, the seismic safety factors turns out to be 7~8. (2)P.C model has damping ratio of about8% which is twice larger than in-situ R.C. structure. And (3)this model has global displacement ductility ratio of 2~3 through the energy dissipation by opening and sliding of joints.
Methods of nonlinear stochastic analysis of guyed towers are studied in this paper. Two different kinds of nonlinearities are considered. They are the nonlinear restoring force from the guying system and the nonlinear hydrodynamic force. Analyses are carried out mainly in the frequency domain using linearization techniques. Two methods for the linearization of the nonlinear stiffness are presented, in which the effects of the steady offset and the oscillating component of the structural motion can be adequately analyzed. those two methods are the equivalent linearization method and the average stiffness method. The linearization of the nonlinear drag force is also carried out considering the effect of steady current as well as oscillatory wave motions. Example analyses are performed for guyed tower in 300m water. Transfer functions and the expected maximum values of the deck displacement and the bending moment near the middle of the tower are calculated. Numerical results show that both of the frequency domain methods presented in this paper predict the responses of the sturcture very reasonably compared with those by the time integration method utilzing the random simulations wave particla motions.
Base isolation is a well-established passive strategy for seismic response control of buildings. In this paper, an efficient framework is proposed for reliability-based design optimization (RBDO) of isolated buildings subjected to uncertain earthquakes. The framework uses reduced function evaluations method, as an efficient tool for structural reliability analysis, and an efficient optimization algorithm for optimal structural design. The probability of failure is calculated considering excessive base displacement, superstructure inter-storey drifts, member stress ratios and absolute accelerations of floors of the isolated building as failure events. The behavior of rubber bearing isolators is modeled using nonlinear hysteretic model and the variability of future earthquakes is modeled by applying a probabilistic approach. The effects of pulse component of stochastic near-fault ground motions, fixity-factor of semi-rigid beam-to-column connections, values of isolator parameters, earthquake magnitude and epicentral distance on the performance and safety of semi-rigidly connected base-isolated steel framed buildings are studied. Suitable RBDO examples are solved to illustrate the results of investigations.
The analytical approach for stability and response of iced conductor under uniform wind or turbulent wind is presented in this study. A nonlinear dynamic model is established to describe the motion of iced conductor galloping. In the case of uniform wind, the stability condition is derived by analyzing the eigenvalue associated with linearized matrix; The first order and second order approximation of galloping amplitude are obtained using multi-scale method. However, real wind has random characteristics essentially. To accurately evaluate the performance of the galloping iced conductor, turbulence wind should be described by random processes. In the case of turbulence wind, the Lyapunov exponent is conducted to judge the stability condition; The probability density of displacement is obtained by using the path integral method to predict galloping amplitude. An example is proposed to verify the effectiveness of the previous methods. It is shown that the fluctuating component of wind has little influence on the stability of iced conductor, but it can increase galloping amplitude. The analytical results on stability and response are also verified by numerical time stepping method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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