In this paper, to assess the performance of a multi-span simply supported RC bridge, the dynamic characteristics of the bridge were measured and determined by structural health monitoring and resilient assessment via operational modal analysis as well as FE modeling. Supporting finite element (FE) models were created and analyzed according to the design drawings. This study used 2D plane monitoring of locations of hole in the infill wall and used 3D health monitoring and resilient assessment. From the results of 3Dsymmetric frame, if the frame is unsymmetrical, the used model can lead to the reduction in the internal forces. The recommendations from this study is from some discrepancies observed between 2D and 3D models, if possible 3D model should be used in analyzing the real frames.
Seong-Hoon Jeong;Ehsan Mansouri;Nadia Ralston;Jong-Wan Hu
Steel and Composite Structures
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v.51
no.2
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pp.127-138
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2024
In this paper, structural behavior under fire conditions is comprehensively examined, and a novel software interface for testing interfaces efficiently is developed and validated. In order to accurately assess the response of structures to fire scenarios, advanced simulation techniques and modeling approaches are incorporated into the study. This interface enables accurate heat transfer analysis and thermo-mechanical simulations by integrating software tools such as CSI ETABS, CSI SAP2000, and OpenSees. Heat transfer models can be automatically generated, simulation outputs processed, and structural responses interpreted under a variety of fire scenarios using the proposed technique. As a result of rigorous testing and validation against established methods, including Cardington tests on scales and hybrid simulation approaches, the software interface has been proven to be effective and accurate. The analysis process is streamlined by this interface, providing engineers and researchers with a robust tool for assessing structural performance under fire conditions.
In this paper, the capabilities of recurrent neural networks (RNNs) to describe the viscoelastic properties of acrylonitrile-butadiene styrene (ABS) are investigated. The RNN model was trained using one-dimensional strains and corresponding stress data generated by the finite element method. The optimal model was then employed to predict the viscoelastic behavior of unseen test data. Furthermore, the viscoelastic-based RNN model was tested for extrapolation using other types of strain and corresponding stress data beyond the training set. The agreement between the predicted and actual stresses demonstrates the robust performance of the trained RNN model in predicting different types of strain inputs for larger strain tests, despite being trained only with step strain inputs. Therefore, the use of RNNs can be considered a viable alternative to conventional models for predicting viscoelastic behavior.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.91-99
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2004
In general, stadium structure with long span has low inherent natural frequency. In the stadium structure, structural behavior similar to resonance can be occurred easily by spectator rhythmical movements of which exciting period is small comparatively. It is required to investigate the safety and the serviceability of stadium structure. Therefore, there exists a necessity for accurate vibration analysis. Accurate analysis of stadium structure subjected to dynamic load is required for economical construction and safe design of stadium structure. Stadium structure should be modeled by refined mesh for accurate vibration analysis. As the mesh of stadium structure is refined, the number of divided elements increases in numerical analysis. The number of node is increased and numerous computer memories or computational time are required. So it is very difficult to analyze refine model of stadium structures by using the commercial programs. It is possible to efficient vibration analysis of stadium structure by finite element modeling method using equivalent beam element proposed in this paper, because the number of nodes is decreased remarkably.
Conventional nonlinear finite element analysis requires complicated modeling and analytical technique. Furthermore, it is difficult to interpret the analytical results presented as the stress-strain relationship. In the present study, a design-oriented analytical method using the truss model was developed. A reinforced concrete member to be analyzed was idealized by longitudinal, transverse, and diagonal line elements. Basically, each element was modeled as a composite element of concrete and re-bars. Simplified cyclic models for the concrete and re-bar elements were developed. RC beams and walls with various reinforcement details were analyzed by the proposed method. The inelastic strength, energy dissipation capacity, deformability, and failure mode predicted by the proposed method were compared with those of existing experiments. The results showed that the proposed model accurately predicted the strength and energy dissipation capacities, and to predict deformability of the members, the compression-softening model used for the concrete strut element must be improved.
Son Jeong-Sul;Song Yoonho;Chung Seung-Hwan;Suh Jung Hee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.280-290
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2002
Three-dimensional (3-D) electromagnetic (EM) modeling algorithm has been developed using finite element method (FEM) to acquire more efficient interpretation techniques of EM data. When FEM based on nodal elements is applied to EM problem, spurious solutions, so called 'vector parasite', are occurred due to the discontinuity of normal electric fields and may lead the completely erroneous results. Among the methods curing the spurious problem, this study adopts vector element of which basis function has the amplitude and direction. To reduce computational cost and required core memory, complex bi-conjugate gradient (CBCG) method is applied to solving complex symmetric matrix of FEM and point Jacobi method is used to accelerate convergence rate. To verify the developed 3-D EM modeling algorithm, its electric and magnetic field for a layered-earth model are compared with those of layered-earth solution. As we expected, the vector based FEM developed in this study does not cause ny vector parasite problem, while conventional nodal based FEM causes lots of errors due to the discontinuity of field variables. For testing the applicability to high frequencies 100 MHz is used as an operating frequency for the layer structure. Modeled fields calculated from developed code are also well matched with the layered-earth ones for a model with dielectric anomaly as well as conductive anomaly. In a vertical electric dipole source case, however, the discontinuity of field variables causes the conventional nodal based FEM to include a lot of errors due to the vector parasite. Even for the case, the vector based FEM gave almost the same results as the layered-earth solution. The magnetic fields induced by a dielectric anomaly at high frequencies show unique behaviors different from those by a conductive anomaly. Since our 3-D EM modeling code can reflect the effect from a dielectric anomaly as well as a conductive anomaly, it may be a groundwork not only to apply high frequency EM method to the field survey but also to analyze the fold data obtained by high frequency EM method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.3
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pp.622-628
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2016
As the suction pad-supporting bike carrier attached to a car may be subject to an excessive dynamic load due to random vibrations and centrifugal forces during driving, its structural safety is of great concern. To examine this, the finite-element method with a fluid-structure interaction should be used because the pressure on the pad bottom is changed in real time according to the fluctuations of the force or the moment applied on the pad. This method, however, has high computing costs in terms of modeling efforts and software expense. Moreover, the accuracy of computation is not easily guaranteed. Therefore, a new method combining the experiment and computation is proposed in this paper: the bottom pressure and contact area of the pad under varying loads was measured in real time and the acquired data are then used in the nonlinear elastic finite-element calculations. The computational and experimental results obtained with the product under development showed that the safety margin of the pad under the axial loading is relatively sufficient, whereas with an excessive rotational loading, the pad is vulnerable to separation or a local surface damage; hence, the safety margin may not be secured. The predicted contact behavior under the variation of the magnitude and type of the loading were in good agreement with the one from the experiment. The proposed analysis method in this study could be used in the design of similar vacuum pad systems.
Objective: The aim of this study was to evaluate the biomechanical aspects of peri-implant bone upon root contact of orthodontic microimplant. Methods: Axisymmetric finite element modeling scheme was used to analyze the compressive strength of the orthodontic microimplant (Absoanchor SH1312-7, Dentos Inc., Daegu, Korea) placed into inter-radicular bone covered by 1 mm thick cortical bone, with its apical tip contacting adjacent root surface. A stepwise analysis technique was adopted to simulate the response of peri-implant bone. Areas of the bone that were subject to higher stresses than the maximum compressive strength (in case of cancellous bone) or threshold stress of 54.8MPa, which was assumed to impair the physiological remodeling of cortical bone, were removed from the FE mesh in a stepwise manner. For comparison, a control model was analyzed which simulated normal orthodontic force of 5 N at the head of the microimplant. Results: Stresses in cancellous bone were high enough to cause mechanical failure across its entire thickness. Stresses in cortical bone were more likely to cause resorptive bone remodeling than mechanical failure. The overloaded zone, initially located at the lower part of cortical plate, proliferated upward in a positive feedback mode, unaffected by stress redistribution, until the whole thickness was engaged. Conclusions: Stresses induced around a microimplant by root contact may lead to a irreversible loss of microimplant stability.
Jang, Kyung Suk;Lim, Hyoung Jun;Hwang, Ji Hye;Shin, Jaeyoon;Yun, Gun Jin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.10
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pp.773-782
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2020
The development of joint FE models for deep learning neural network (DLNN)-based hybrid FEA is presented. Material models of bolts and bearings in the front axle of tractor, showing complex behavior induced by various tightening conditions, were replaced with DLNN models. Bolts are modeled as one-dimensional Timoshenko beam elements with six degrees of freedom, and bearings as three-dimensional solid elements. Stress-strain data were extracted from all elements after finite element analysis subjected to various load conditions, and DLNN for bolts and bearing were trained with Tensorflow. The DLNN-based joint models were implemented in the ABAQUS user subroutines where stresses from the next increment are updated and the algorithmic tangent stiffness matrix is calculated. Generalization of the trained DLNN in the FE model was verified by subjecting it to a new loading condition. Finally, the DLNN-based FEA for the front axle of the tractor was conducted and the feasibility was verified by comparing with results of a static structural experiment of the actual tractor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1305-1310
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2010
In a practical design process, the method of extracting the design space information of the complex system for verifying, improving, and optimizing the design process by taking into account the design variables and their shape tolerance is very important. Finite element analysis has been successfully implemented and integrated with design of experiment such as D-Optimal array; thus, a response surface model and optimization tools have been obtained, and design variables can be optimized by using the model and these tools. Then, to guarantee the robustness of the design variables, a robust design should be additionally performed by taking into account the statistical variation of the shape tolerance of the optimized design variables. In this study, a new approach based on the use of the response surface model is proposed; in this approach, the standard normal distribution of the shape tolerance is considered. By adopting this approach, it is possible to simultaneously optimize variables and perform a robust design. This approach can serve as a means of efficiently modeling the trade-off among many conflicting goals in the applications of finite element analysis. A case study on the robust optimal design of disc brakes under thermal loadings was carried out to solve multiple objective functions and determine the constraints of the design variables, such as a thermal deformation and weight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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