Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.7
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pp.677-684
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2010
Backlashes of gears provide gears for good lubrication and for removal of the interference between teeth by the wear and manufacturing errors. The backlash is the strong nonlinear factor to gears. This study deals with nonlinear modeling of helical gears with backlash. Excitation of helical gears comes from torque variation, the tooth surface error, and the periodical change of mesh stiffness. To study the effect of torque fluctuation, equation of motion for the single degree of freedom torsional model of helical gears with the periodical change of mesh stiffness and the backlash was derived. The Newmark beta method and the Newton-Raphson method were used to obtain the nonlinear behaviors of mesh forces of helical gears. All excitation frequencies initially caused the tooth separation and single-sided impacts of the gear pair and eventually led to the normal tooth contact. However, some special excitation frequencies caused the single-sided impacts in the entire time as well as the initial time. Damping increase reduced the duration of single-sided impacts, and the backlash increase caused those in the entire time domain.
Yamanaka, Hiroaki;Ohtawara, Kaoru;Grutas, Rhommel;Tiglao, Robert B.;Lasala, Melchor;Narag, Ishmael C.;Bautista, Bartlome C.
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.14
no.1
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pp.69-79
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2011
In this study, empirical site amplifications and S-wave velocity profiles for shallow and deep soils are estimated using earthquake ground motion records in metropolitan Manila, the Philippines. We first apply a spectral inversion technique to the earthquake records to estimate effects of source, path, and local site amplification. The earthquake data used were obtained during 36 moderate earthquakes at 10 strong-motion stations of an earthquake observation network in Manila. The estimated Q value of the propagation path is modelled as $54.6f^{1.1}$. Most of the source spectra can be approximated with the omega-square model. The site amplifications show characteristic features according to surface geological conditions. The amplifications at the sites in the coastal lowland and Marikina Valley shows predominant peaks at frequencies from 1 to 5 Hz, while those in the central plateau are characterised by no dominant peaks. These site amplifications are inverted to subsurface S-wave velocity. We, next, discuss the relationship between the amplifications and average S-wave velocity in the top 30m of the S-wave velocity profiles. The amplifications at low frequencies are well correlated with the averaged S-wave velocity. However, high-frequency amplifications cannot be sufficiently explained by the averaged S-wave velocity in the top 30 m. They are correlated more with the average of S-wave velocity over depths less than 30 m.
The current paper discusses the dynamic and stability responses of cross-ply composite laminated plates by employing a refined quasi-3D trigonometric shear deformation theory. The proposed theory takes into consideration shear deformation and thickness stretching by a trigonometric variation of in-plane and transverse displacements through the plate thickness and assures the vanished shear stresses conditions on the upper and lower surfaces of the plate. The strong point of the new formulation is that the displacements field contains only 4 unknowns, which is less than the other shear deformation theories. In addition, the present model considers the thickness extension effects (εz≠0). The presence of the Winkler-Pasternak elastic base is included in the mathematical formulation. The Hamilton's principle is utilized in order to derive the four differentials' equations of motion, which are solved via Navier's technique of simply supported structures. The accuracy of the present 3-D theory is demonstrated by comparing fundamental frequencies and critical buckling loads numerical results with those provided using other models available in the open literature.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.4
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pp.2818-2827
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2015
The spatial patterns and characteristics of these sequential earthquakes and ground motions induced by the earthquakes are examined by contours of peak ground velocity (PGV) and geometric mean peak ground velocity (GMPGV) using both ordinary kriging in geographical information system (GIS) and data, the records obtained from strong motion stations, acquired after recent sequential earthquakes in Canterbury, New Zealand (NZ). The performance of underground water pipeline system is examined by using data acquired after earthquakes. The spatial distribution of GMPGV is superimposed on water pipeline repairs throughout the water distribution system in areas affected principally by transient ground motion using GIS and then water pipeline repair rates, expressed as repairs/km, for different types of pipe are evaluated relative to the estimated GMPGV outside liquefaction areas. The earthquake performance of underground water pipeline systems is summarized in this study.
Spacer grid with mixing vane had been widely used in nuclear reactor core. One of the main feather of spacer grid with mixing vane was that strong swirl flow was formed after the spacer grid. The swirl flow not only changed the bubble generation in the near wall field, but also affected the bubble behaviors in the center region of the subchannel. The interaction between bubble and the swirl flow was one of the basic phenomena for the two phase flow modeling in fuel assembly. To obatin better understanding on the bubble behaviors in swirl flow, full three dimension numerical simulations were conducted in the present paper. The swirl flow was assumed in the cylindral calculation domain. The bubble interface was captured by Volume Of Fluid (VOF) method. The properties of saturated water and steam at different pressure were applied in the simulation. The bubble trajectory, motion, shape and force were obtained based on the bubble parameters captured by VOF. The simulation cases in the present study included single bubble with different size, at different angular velocity conditions and at different pressure conditions. The results indicated that bubble migrated to the center in swirl flow with spiral motion type. The lateral migration was mainly related to shear stress magnitude and bubble size. The bubble moved toward the center with high velocity when the swirl magnitude was high. The largest bubble had the highest lateral migration velocity in the present study range. The effect of pressure was small when bubble size was the same. The prelimenery simulation result would be beneficial for better understanding complex two phase flow phenomena in fuel assembly with spacer grid.
Zhaoyang Fu;Li Tian;Xianchao Luo;Haiyang Pan;Juncai Liu;Chuncheng Liu
Earthquakes and Structures
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v.26
no.4
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pp.311-326
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2024
Transmission tower structures are particularly susceptible to damage and even collapse under strong seismic ground motions. Conventional seismic analyses of transmission towers are usually performed by considering only ground motion uncertainty while ignoring structural uncertainty; consequently, the performance evaluation and failure prediction may be inaccurate. In this context, the present study numerically investigates the seismic responses and failure mechanism of transmission towers by considering multiple sources of uncertainty. To this end, an existing transmission tower is chosen, and the corresponding three-dimensional finite element model is created in ABAQUS software. Sensitivity analysis is carried out to identify the relative importance of the uncertain parameters in the seismic responses of transmission towers. The numerical results indicate that the impacts of the structural damping ratio, elastic modulus and yield strength on the seismic responses of the transmission tower are relatively large. Subsequently, a set of 20 uncertainty models are established based on random samples of various parameter combinations generated by the Latin hypercube sampling (LHS) method. An uncertainty analysis is performed for these uncertainty models to clarify the impacts of uncertain structural factors on the seismic responses and failure mechanism (ultimate bearing capacity and failure path). The numerical results show that structural uncertainty has a significant influence on the seismic responses and failure mechanism of transmission towers; different possible failure paths exist for the uncertainty models, whereas only one exists for the deterministic model, and the ultimate bearing capacity of transmission towers is more sensitive to the variation in material parameters than that in geometrical parameters. This research is expected to provide an in-depth understanding of the influence of structural uncertainty on the seismic demand assessment of transmission towers.
This paper focuses on the rigorous and holistic fatigue analysis of mooring chains for a deep draft semi-submersible platform in the challenging environment of the central Gulf of Mexico (GoM). Known for severe hurricanes and strong loop/eddy currents, this region significantly impacts offshore structures and their mooring systems, necessitating robust designs capable of withstanding extreme wind, wave and current conditions. Wave scatter and current bin diagrams are utilized to assess the probabilistic distribution of waves and currents, crucial for calculating mooring chain fatigue. The study evaluates the effects of Vortex Induced Motion (VIM), Out-of-Plane-Bending (OPB), and In-Plane-Bending (IPB) on mooring fatigue, alongside extreme single events such as 100-year hurricanes and loop/eddy currents including ramp-up and ramp-down phases, to ensure resilient mooring design. A detailed case study of a deep draft semi-submersible platform with 16 semi-taut moorings in 2,500 meters of water depth in the central GoM provides insights into the relative contributions of wave scatter diagram, VIMs from current bin diagram, the combined stresses of OPB/IPB/TT and extreme single events. By comparing these factors, the study aims to enhance understanding and optimize mooring system design for safety, reliability, and cost-effectiveness in offshore operations within the central GoM. The paper addresses a research gap by proposing a holistic approach that integrates findings from various contributions to advance current practices in mooring design. It presents a comprehensive framework for fatigue analysis and design optimization of mooring systems in the central GoM, emphasizing the critical importance of considering environmental conditions, OPB/IPB moments, and extreme single events to ensure the safety and reliability of mooring systems for offshore platforms.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.5
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pp.1-6
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2008
Most of seismic design code provisions provide the design response spectra for defining design earthquake ground motions. The design spectra in the code provisions generally come under the 5% of critical damping value, which corresponds to the responses of common structure under the design earthquake. Energy dissipation devices and seismic isolation systems became more popular and the design response spectra at higher damping levels are required. Damping coefficients can be effectively used in conversion of 5%-damped design spectra into other damping levels. These coefficients in the current seismic design code provisions are based on the strong ground motion records. Since the weak and moderate earthquake data have different characteristics from those of strong earthquake data, the application of these coefficients should be investigated in the weak and moderate earthquakes zones. In this study, damping coefficients based on the weak and moderate ground motions were developed and compared to those of current seismic design code provisions.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.8
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pp.709-717
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2013
This paper presents the development of a specialized underwater leg with a manipulator function(convertible-to-arm leg) for the seabed walking robot named CRABSTER200(CR200). The objective functions of the convertible-to-arm leg are to walk on the seabed and to work in underwater for precise seabed exploration and underwater tasks under coastal area with strong tidal current. In order to develop the leg, important design elements including the degree of freedom, dimensions, mass, motion range, joint structure/torque/angular-speed, pressure-resistance, watertight capability and cable protection are considered. The key elements of the convertible-to-arm leg are realized through concept/specific/mechanical design and implementation process with a suitable joint actuator/gear/controller selection procedure. In order to verify the performance of the manufactured convertible-to-arm leg, a 25bar pressure-resistant and watertight test using a high-pressure chamber and a joints operating test with posture control of the CR200 are performed. This paper describes the whole design, realization and verification process for implementation of the underwater convertible-to-arm leg.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.6
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pp.401-412
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2016
On Tuesday, January 17, 1995, an earthquake of magnitude 7.2 struck the Port of Kobe. In effect, the port was practically destroyed. After a hazard investigation, researchers reached a consensus to adopt a performance-based design in port and harbor structures in Japan. A residual displacement of geotechnical structures after an earthquake is one of the most important engineering demands in performance-based earthquake-resistant design. Thus, it is essential to provide reliable responses of geotechnical structures after an earthquake through various techniques. Today, a nonlinear explicit response history analysis(NERHA) of geotechnical structures is the most efficient way to achieve this goal. However, verification of the effective stress analysis, including post liquefaction behavior, is difficult to perform at a laboratory scale. This study aims to rigorously verify the NERHA by using well-defined field measurements, existing numerical tools, and constitutive models. The man-made, Port Island, in Kobe provides intensive hazard investigation data, strong motion records of 1995 Kobe earthquake, and sufficient engineering parameters of the soil. Two dimensional numerical analysis was conducted on the caisson quay wall section at Port Island subjected to the 1995 Kobe earthquake. The analysis result matches very well with the hazard investigation data. The NERHA procedure presented in this paper can be used in further studies to explain and examine the effects of other factors on the seismic behavior of gravity quay walls in liquefiable soil areas.
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