In this paper, a three dimensional soil-structure interaction (SSI) is numerically simulated using finite element method in order to analyse the foundation moments in annular raft of tall slender chimney structures incorporating the effect of openings in the structure and the effect of soil flexibility, when the structure-soil system is subjected to El Centro (1940) ground motion in time domain. The transient dynamic analysis is carried out using LS-DYNA software. The linear ground response analysis program ProShake has been adopted for obtaining the ground level excitation for different soil conditions, given the rock level excitation. The radial and tangential bending moments of annular raft foundation obtained from this SSI analysis have been compared with those obtained from conventional method according to the Indian standard code of practice, IS 11089:1984. It is observed that tangential and radial moments increase with the increase in flexibility of soil. The analysis results show that the natural frequency of chimney decreases with increase in supporting soil flexibility. Structural responses increase when the openings in the structure are also considered. The purpose of this paper is to propose the need for an accurate evaluation of the soilstructure interaction forces which govern the structural response.
Jayalekshmi, B.R.;Poojary, V.G. Deepthi;Venkataramana, Katta;Shivashankar, R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.1
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pp.1-16
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2013
The seismic response of RC space frame structures with isolated footing resting on a shallow soil stratum on rock is presented in this paper. Homogeneous soil stratum of different stiffness in the very soft to stiff range is considered. Soil, footing and super structure are considered to be the parts of an integral system. A finite element model of the integrated system is developed and subjected to scaled acceleration time histories recorded during two different real earthquakes. Dynamic analysis is performed using mode superposition method of transient analysis. A parametric study is conducted to investigate the effect of flexibility of soil in the dynamic behaviour of low-rise building frames. The time histories and Fourier spectra of roof displacement, base shear and structural response quantities of the space frame on compliant base are presented and compared with the fixed base condition. Results indicate that the incorporation of soil flexibility is required for the realistic estimate of structural seismic response especially for single storey structures resting on very soft soil.
There are two methods to model the plastification of members comprising lumped and distributed plasticity. When a reinforced concrete member experiences inelastic deformations, cracks tend to spread from the joint interface resulting in a curvature distribution; therefore, the lumped plasticity methods assuming plasticity is concentrated at a zero-length plastic hinge section at the ends of the elements, cannot model the actual behavior of reinforced concrete members. Some spread plasticity models including uniform, linear and recently power have been developed to take extended inelastic zone into account. In the aforementioned models, the extended inelastic zones in proximity of critical sections assumed close to connections are considered. Although the mentioned assumption is proper for the buildings simply imposed lateral loads, it is not appropriate for the gravity load effects. The gravity load effects can influence the inelastic zones in structural elements; therefore, the plasticity models presenting the flexibility distribution along the member merely based on lateral loads apart from the gravity load effects can bring about incorrect stiffness matrix for structure. In this study, the linear flexibility distribution model is improved to account for the distributed plasticity of members subjected to both gravity and lateral load effects. To do so, a new model in which, each member is taken as one structural element into account is proposed. Some numerical examples from previous studies are assessed and outcomes confirm the accuracy of proposed model. Also comparing the results of the proposed model with other spread plasticity models illustrates glaring error produced due to neglecting the gravity load effects.
The dynamic response of structures under extremely short duration dynamic loads is of great concern nowadays. This paper investigates structures' response as well as the associated structural damage to explosive loads considering and ignoring the supporting soil flexibility effect. In the analysis, buildings are modeled by two alternate approaches namely, (1) building with fixed supports, (2) building with supports accounting for soil-flexibility. A lumped parameter model with spring-dashpot elements is incorporated at the base of the building model to simulate the horizontal and rotational movements of supporting soil. The soil flexibility for various shear wave velocities has been considered in the investigation. In addition, the influence of variation of lateral natural periods of building models on the obtained response and peak response time-histories besides damage indices has also been investigated under blast loads with different peak over static pressures. The Dynamic response is obtained by solving the governing equations of motion of the considered building model using a developed Matlab code based on the finite element toolbox CALFEM. The predicted results expressed in time-domain by the building model incorporating SSI effect are compared with the corresponding model results ignoring soil flexibility effect. The results show that the effect of surrounding soil medium leads to significant changes in the obtained dynamic response of the considered systems and hence cannot be simply ignored in damage assessment and response time-histories of structures where it increases response and amplifies damage of structures subjected to blast loads. Moreover, the numerical results provide an understanding of level of damage of structure through the computed damage indices.
This paper presents the thermal behaviours of a solid type disk brake for a high-speed train. The thermal behaviours of a brake disk with 50mm thickness shows good performance compared with 45mm thickness of a disk because of a high specific heat capacity. The FEM results show that the thickness of the disk with a same weight of the brake disk should be increased for a good flexibility of the contact thermal problems. Therefore, the ratio between the pad and disk in diameter may be reduced and the thickness of a disk increased.
Kim, Dong-Man;Kim, Dong-Hyun;Kim, Yo-Han;Kim, Su-Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.78-83
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2009
In this study, computer applied engineering (CAE) techniques are fully used to conduct structural and dynamic analyses of a whole huge wind turbine system including composite blades, tower and nacelle. For this study, computational fluid dynamics (CFD) is used to predict aerodynamic loads of the rotating wind-turbine blade model. Multi-body dynamic structural analyses are conducted based on the non-linear finite element method (FEM) by using super-element method for composite laminates blade. Three-dimensional finite element model of a wind turbine system is constructed including power train(main shaft, gear box, coupling, generator), bedplate and tower. The results for multi-body dynamic simulations on the wind turbine's critical operating conditions are presented in detail.
Jung, Sungmoon;Kim, Sung-Ryul;Lee, Juhyung;Le, Chi Hung
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.13
no.4
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pp.21-31
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2014
Recently, the research on renewable energy against depletion of fossil fuel have been actively carried out in the world. Especially, offshore wind turbines are very economical and innovative technology. However, offshore wind turbines experience large base moments due to the wind and wave loading, so the monopile with large diameter needs to be applied. For the economical design of the large diameter pile, it is important to consider the flexibility of the foundation to estimate the maximum moment accurately, based on studies conducted so far. In this paper, the foundation was modeled using the finite element method in order to better describe the large diameter effect of a monopile and the results were compared with those of p-y method. For the examples studied in this paper, the change in maximum moment was insignificant, but the maximum tilt angle from the finite element method was over 14% larger than that of p-y method. Therefore, the finite element approach is recommended to model the flexibility effect of the pile when large tilt angles may cause serviceability issues.
Park, Jae-Guen;Lee, Byeong-Ju;Kim, Moon-Young;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.6
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pp.697-704
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2008
This paper presents an analytical prediction of Nonlinear characteristics of prestressed concrete bridges by strengthened of externally tendon considering construction sequence, using unbonded tendon element and beam-column element based on flexibility method. Unbonded tendon model can represent unbounded tendon behavior in concrete of PSC structures and it can deal with the prestressing transfer of posttensioned structures and calculate prestressed concrete structures more efficiently. This tendon model made up the several nodes and segment, therefore a real tendon of same geometry in the prestressed concrete structure can be simulated the one element. The beam-column element was developed with reinforced concrete material nonlinearities which are based on the smeared crack concept. The fiber hysteresis rule of beam-column element is derived from the uniaxial constitutive relations of concrete and reinforcing steel fibers. The formulation of beam-column element is based on flexibility. Beam-column element and unbonded tendon element were be involved in A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), that were used the analysis of RC and PSC structures. The proposed numerical method for prestressed concrete structures by strengthened of externally tendon is verified by comparison with reliable experimental results.
This paper presents the formulation for a novel force-based 1-D compound-element that captures both material and second order P-${\Delta}$ nonlinearities in steel frames. At the nodal points, the element is attached to nonlinear rotational and a translational springs which represent the flexural and axial stiffness of the connections respectively. By decomposing the total strain in the material as well as the generalised displacements of the flexible connections to their elastic and inelastic components, a secant solution strategy based on a direct iterative scheme is introduced and the corresponding solution strategy is outlined. The strain and slope of the deformed element are assumed to be small; however the equilibrium equations are satisfied for the deformed element taking account of P-${\Delta}$ effects. The formulation accuracy and efficiency is verified by some numerical examples on the nonlinear static, cyclic and dynamic analysis of steel frames.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.2
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pp.202-207
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2012
Multi-stage deploying beams are useful for transporting parts or products handling in production lines. However, such multi-stage beams are often exposed to unwanted vibration due to the presence of their flexibility and time-varying properties. This paper is concerned with dynamic modeling and analysis of 2-stage axially deploying beams under gravity by using the finite element method. A variable domain finite element method is employed to develop the dynamic model. A rigorous method to account for engagement of two-stage beams during the deploying procedure is introduced by breaking the entire domain into three variable domains. Several deploying strategies are tested to analyze the residual vibrations. Several examples are illustrated to investigate the self-induced damping and the effects of deploying strategy on the vibrations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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