Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.2
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pp.183-189
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2010
This paper deals with the comparison of analysis methodologies by applying both Euler angle and quaternion to observe the kinematical behavior of the universal joint system used as an automotive drive-shaft. At first, conventional approaches are applied to predict a kinematical behavior by introducing only Euler angles into the universal joint system, but turns out to be lack in consistency and reliability of the analysis. Then to overcome this deficiency in numerical analysis a different methodology is proposed by using quaternion in this system. Its corresponding advantage is discussed in terms of kinetic energy, rotational velocity and rotational displacement. The application of quaternions in the numerical experiment is shown to be a more useful and valid way of establishing the ideal analytical model of the universal joint system.
The differential settlements and rotations among footings cannot be avoided when the frame-footing-soil system is subjected to seismic/dynamic loading. Also, there may be a situation where column(s) of a building are located near adjoining property line causes eccentric loading on foundation system. The strap beams may be provided to control the rotation of the footings within permissible limits caused due to such eccentric loading. In the present work, the seismic interaction analysis of a three-bay three-storey, space frame-footing-strap beam-soil system is carried out to investigate the interaction behavior using finite element software (ANSYS). The RCC structure and their foundation are assumed to behave in linear manner while the supporting soil mass is treated as nonlinear elastic material. The seismic interaction analyses of space frame-isolated footing-soil and space frame-strap footing-soil systems are carried out to evaluate the forces in the columns. The results indicate that the bending moments of very high magnitude are induced at column bases resting on eccentric footing of frame-isolated footing-soil interaction system. However, use of strap beams controls these moments quite effectively. The soil-structure interaction effect causes significant redistribution of column forces compared to non-interaction analysis. The axial forces in the columns are distributed more uniformly when the interaction effects are considered in the analysis.
The flap-lag-torsion coupled aeroelastic behavior of a hingeless rotor blade with composite flexures in hovering flight has been investigated by using the finite element method. The quasisteady strip theory with dynamic inflow effects is used to obtain the aerodynamic loads acting on the blade. The governing differential equations of motion undergoing moderately large displacements and rotations are derived using the Hamilton's principle. The flexures used in the present model are composed of two composite plates which are rigidly attached together. The lead-lag flexure is located inboard of the flap flexure. A mixed warping model that combines the St. Versant torsion and the Vlasov torsion is developed to describe the twist behavior of the composite flexure. Numerical simulations are carried out to correlate the present results with experimental test data and also to identify the effects of structural couplings of the composite flexures on the aeroelastic stability of the blade. The prediction results agree well with other experimental data. The effects of elastic couplings such as pitch-flap, pitch-lag, and flap-lag couplings on the stability behavior of the composite blades are also investigated.
Blandon, Carlos A.;Smith-Pardo, J. Paul;Ortiz, Albert
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.591-617
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2015
Standards for seismic assessment and retrofitting of buildings provide deformation limit states for structural members and connections. However, in order to perform fully consistent performance-based seismic analyses of soil-structure systems; deformation limit states must also be available for foundations that are vulnerable to nonlinear actions. Because such limit states have never been established in the past, a laboratory testing program was conducted to study the rotational capacity of small-scale foundation models under combined axial load and moment. Fourteen displacement-controlled monotonic and cyclic tests were performed using a cohesionless soil contained in a $2.0{\times}2.0{\times}1.2m$ container box. It was found that the foundation models exhibited a stable hysteretic behavior for imposed rotations exceeding 0.06 rad and that the measured foundation moment capacity complied well with Meyerhof's equivalent width concept. Simplified code-based soil-structure analyses of an 8-story building under an array of strong ground motions were also conducted to preliminary evaluate the implication of finite rotational capacity of vulnerable foundations. It was found that for the same soil as that of the experimental program foundations would have a deformation capacity that far exceeds the imposed rotational demands under the lateral load resisting members so yielding of the soil may constitute a reliable source of energy dissipation for the system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.1
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pp.18-24
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2003
A three node triangular element with drilling rotations incorporating improved higher-order zig-zag theory(HZZT) is developed to analyze the vibration of pretwisted composite plates with embedded damping layer. Shear force matching conditions are enforced along the interfaces between the embedded damping patch and the border patch by matching the shear forces of the embedded damping patch to the shear forces of the adjacent border patch. The natural frequencies and modal loss factors are calculated for cantilevered pretwisted composite blade with damping core with the present triangular element, and compared to experiments and MSC/NASTRAN using a layered combination of plate and solid elements.
Composite beams of steel and concrete strengthened with fiber-reinforced polymers (FRP) may exhibit considerably enhanced flexural behaviour, but the combination of three materials with different characteristics and the various possible failure mechanisms that may govern performance make their analysis quite demanding. Previous studies provided significant insights into this problem and several methods were proposed for calculating flexural stiffness and strength, but these studies are restricted to the single member level of a simply supported composite beam section. However, the problem considerably changes when the beam is part of a frame system due to the degree of continuity provided by the surrounding structure, which represents the most common situation in practice. This paper explores the behaviour of semi-continuous FRP-strengthened composite beams, by considering the response characteristics of their end connections and their effects on overall performance. A novel analytical model is derived, which enables a step-by-step representation of the nonlinear relationship between an incremental mid-span design bending moment and corresponding connection rotations. After verification against finite element analyses, a parametric study is conducted which shows that the substantially increased bending moment resistance of FRP-strengthened composite beams can hardly be fully utilized due to a deficiency of corresponding large deformation capacity available in the connections. The extent to which the presence FRP strengthening can be exploited to enhance the beam flexural response depends on the interplay between various structural parameters, including the connection rotation capacity, the beam span, and the FRP modulus of elasticity and ultimate strength.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.5
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pp.375-383
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2003
For a performance analysis of vibration isolation systems, the concept of vibration power flow can be employed preferably when noise radiated from the supporting structure with finite impedances is of interest. The idea is basically simple to understand and formulas for precise estimation of the vibration power are easy to derive. However, It is often required to simplify the process of experimentation under several assumptions due to instrumental limitations. For an example, rotational degree of freedom has not been well treated in bending vibrations of beam or plate-like structures. Yet, several recent studies showed that the moments and rotations play an important role in power transmission and should be taken into consideration carefully as the frequency range of interest goes to audibly high. Therefore, it is readily agreed that reduction of the noise radiation over the high frequency range can be effectively accomplished by adjusting the rotational stiffness of the isolator without changing the vibration isolator efficiency in low frequency range relevant to the translational stiffness of the isolator In this paper, the vibration power flow approach is applied to an AC motor installed on a finite plate in order to illustrate the contribution of the rotational vibration power to the total vibration power transmission. The effects of rotational stiffness of the isolator on the vibration power transmission are investigated by inserting various shapes of Isolators with different rotational stiffness but with $ame translational stiffness between the motor and the plate. The resultant noise radiation from the plate is presented to verify the proposed approach.
Laminated composite shells are commonly used in various engineering applications including aerospace and marine structures. In this paper, using semi-analytical finite strip method, the buckling behavior of laminated composite deep as well as thick shells of revolution under follower forces which remain normal to the shell is investigated. The stiffness caused by pressure is calculated for the follower forces subjected to external fibers in thick shells. The shell is divided into several closed strips with alignment of their nodal lines in the circumferential direction. The governing equations are derived based on first-order shear deformation theory which accounts for through thickness-shear flexibility. Displacements and rotations in the middle surface of shell are approximated by combining polynomial functions in the meridional direction as well as truncated Fourier series with an appropriate number of harmonic terms in the circumferential direction. The load stiffness matrix which accounts for variation of loads direction will be derived for each strip of the shell. Assembling of these matrices results in global load stiffness matrix which may be un-symmetric. Upon forming linear elastic stiffness matrix called constitutive stiffness matrix, geometric stiffness matrix and load stiffness matrix, the required elements for the second step analysis which is an eigenvalue problem are provided. In this study, different parameter effects are investigated including shell geometry, material properties, and different boundary conditions. Afterwards, the outcomes are compared with other researches. By considering the results of this article, it can be concluded that the deformation-dependent pressure assumption can entail to decrease the calculated buckling load in shells. This characteristic is studied for different examples.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.2
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pp.1516-1523
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2015
This study investigates the stress concentration factor of a door opening of an offshore tubular steel tower. The tubular steel tower is subjected to eight (8) different load combinations which are deemed to be normal and abnormal operating cases for the ultimate limit state and serviceability limit state. Analytical method using parametric equations and numerical method of finite element are used to analyze the stress components as well as any translations or rotations where the flow of stress is interfered with. A finite element program, ABAQUS, is used for the numerical method analysis. Trends of the stress concentration in the localized area near the opening are studied, and points of interest are defined for comparison among three different cases of tubular steel tower: without door and without reinforcement; without door opening and with reinforcement; and with door opening and with reinforcement. Findings are tabulated and shown in illustrative charts, and conclusions are made.
A flight training simulator of a fully spherical configuration is being developed to precisely and quickly control six degrees of freedom (Dof) motions especially with unlimited rotations. The full-scale simulator should be designed with a lightweight material to reduce inertial effects for fast and stable feedback controls while no structural failure is ensured during operations. In this study, a sandwich composite consisting of glass fiber reinforced plastics and a foam core is used to obtain high specific strengths and specific stiffnesses. T-type stainless steel frames are inserted to minimize the deformation of the sphere curvature. Finite element analysis is carried out to evaluate structural safety of the simulator composed of the sandwich sphere and steel frames. The analysis considers the weights of the equipment and trainee and it is assumed to be 200 kg. Gravity acceleration is also considered. The stresses and displacement acting on the simulator are calculated and the safety is assessed under two different situations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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