Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.108-108
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2009
The main object of this research is to minimize the shock effects which frequently result in fatal damage in wind met mast on impact of barge. The collision between wind met mast and barge is generally a complex problem and it is often not practical to perform rigorous finite element analyses to include all effects and sequences during the collision. LS-dyna generally purpose explicit finite element code, which is a product of ANSYS software, is used to model and analyze the non-linear response of the met mast due to barge collision. A significant part of the collision energy is dissipated as strain energy and except for global deformation modes, the contribution from elastic straining can normally be neglected. On applying impact force of a barge to wind met mast, the maximum acceleration, internal energy and plastic strain were calculated for each load cases using the finite element method and then compare it, varying to the velocity of barge, with one varying to the thickness of rubber fender conditions. Hence, we restrict the present research mainly to the wind met mast and also parametric study has been carried out with various velocities of barge, thickness of wind met mast, thickness and Mooney-Rivlin coefficient of rubber fender with experimental data. The equation of motion of the wind met mast is derived under the assumption that it was ignored vertical movement effect of barge on sea water. Such an analyzing method which was developed so far, make it possible to determine the proper size and material properties of rubber fender and the optimal moving conditions of barge, and finally, application method can be suggested in designing process of rubber fender considering barge impact.
An integrated model is presented to describe underground flow and mass transport, using a multicomponent multiphase approach. The comprehensive governing equation is derived considering mass and force balances of chemical species over four phases(water, oil, air, and soil) in a schematic elementary volume. Compact and systemati notations of relevant variables and equations are introduced to facilitate the inclusion of complex migration and transformation processes, and variable spatial dimensions. The resulting nonlinear system is solved by a multidimensional finite element code. The developed code with dynamic array allocation, is sufficiently flexible to work across a wide spectrum of computers, including an IBM ES 9000/900 vector facility, SP2 cluster machine, Unix workstations and PCs, for one-, two and three-dimensional problems. To reduce the computation time and storage requirements, the system equations are decoupled and solved using a banded global matrix solver, with the vector and parallel processing on the IBM 9000. To avoide the numerical oscillations of the nonlinear problems in the case of convective dominant transport, the techniques of upstream weighting, mass lumping, and elementary-wise parameter evaluation are applied. The instability and convergence criteria of the nonlinear problems are studied for the one-dimensional analogue of FEM and FDM. Modeling capacity is presented in the simulation of three dimensional composite multiphase TCE migration. Comprehesive simulation feature of the code is presented in a companion paper of this issue for the specific groundwater or flow and contamination problems.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.1
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pp.83-92
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2007
There are many numerical methods to solve large-scale fluid-structure interaction(FSI) problems. However, these methods require very fine mesh to achieve the reasonable numerical accuracy and stability due to the concentrated and volatile hydrodynamic pressure caused by the liquid sloshing. Consequently, the numerical analysis targeting for the long-period time response with the desired numerical accuracy Is very highly time-consuming. The aim of this paper is to suggest a new method to analyze the hydroelastic behavior of the LNGC containment by using the global-local numerical approach. The reliability of the presented method is firstly examined, and then its efficiency is demonstrated by presenting that the long-period local responses of the LNGC containment are obtained with relatively short CPU time.
Kim, Han-Il;Sim, Chang-Hoon;Park, Jae-Sang;Kim, Do-Young;Yoo, Joon-Tae;Yoon, Young-Ha;Lee, Keejoo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.9
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pp.653-661
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2020
This study derives numerically the shell Knockdown factors for the isogrid-stiffened cylinders of space launch vehicles when the axially compressive force and internal pressure are applied simultaneously. A commercial nonlinear finite element analysis software, ABAQUS, is used for the present work. Nonlinear postbuckling analyses are conducted to calculate the global buckling loads of a cylinder without and with the internal pressure. The shell Knockdown factor is numerically derived using the predicted global buckling loads without and with the geometrically initial imperfection of a cylinder. When the internal pressure of 500 kPa and compressive force are applied to the cylinder, the global buckling load and Knockdown factor increases by 304% and 53%, respectively, as compared to the results without the internal pressure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.257-270
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2000
The objective of this study is to develop a damage model based on damage mechanics that can be used to analyze the mechanical behavior of structures with defects and the global behavior of damaged structures. A modified second order damage tensor that can be applied to finite element analysis is used to reflect the effect of damage. The damage stress computed from the effective stress is considered as an additional loading term acting on nodes and can represent the effect of crack surface. The accuracy of the proposed algorithm is verified by comparing the analysis results with the experimental data from other studies and the analysis results based on transverse isotropic theory. The developed damage model is applied to the analyses of structures with cracks under linear elastic condition. The comparisons confirmed that the quantitative analysis of the structural behavior due to crack orientation and multiple sets of cracks is possible. Also, the damage caused by rock excavation and fault zone is analyzed. The results also showed that the developed model can effectively analyze the global behavior of damaged structures.
In the current study, the influence of the initial lateral (sweep) shape and the cross-sectional twist imperfection on the lateral torsional buckling (LTB) response of doubly-symmetric steel I-beams was investigated. The material imperfection (residual stress) was not considered. For this objective, standard European IPN 300 beam with different unbraced span was numerically analyzed for three imperfection cases: (i) no sweep and no twist (perfect); (ii) three different shapes of global sweep (half-sine, full-sine and full-parabola between the end supports); and (iii) the combination of three different sweeps with initial sinusoidal twist along the beam. The first comparison was done between the results of numerical analyses (FEM) and both a theoretical solution and the code lateral torsional buckling formulations (EC3 and AISC-LRFD). These results with no imperfection effects were then separately compared with three different shapes of global sweep and the presence of initial twist in these sweep shapes. Besides, the effects of the shapes of initial global sweep and the inclusion of sinusoidal twist on the critical buckling load of the beams were investigated to unveil which parameter was considerably effective on LTB response. The most compatible outcomes for the perfect beams was obtained from the AISC-LRFD formulation; however, the EC-3 formulation estimated the $P_{cr}$ load conservatively. The high difference from the EC-3 formulation was predicted to directly originate from the initial imperfection reduction factor and high safety factor in its formulation. Due to no consideration of geometric imperfection in the AISC-LFRD code solution and the theoretical formulation, the need to develop a practical imperfection reduction factor for AISC-LRFD and theoretical formulation was underlined. Initial imperfections were obtained to be more influential on the buckling load, as the unbraced length of a beam approached to the elastic limit unbraced length ($L_r$). Mode-compatible initial imperfection shapes should be taken into account in the design and analysis stages of the I-beam to properly estimate the geometric imperfection influence on the $P_{cr}$ load. Sweep and sweep-twist imperfections led to 10% and 15% decrease in the $P_{cr}$ load, respectively, thus; well-estimated sweep and twist imperfections should considered in the LTB of doubly-symmetric steel I-beams.
In this study, a new recentering friction device (RFD) to retrofit steel moment frame structures is introduced. The device provides both self-centering and energy dissipation capabilities for the retrofitted structure. A hybrid performance-based seismic design procedure considering multiple limit states is proposed for designing the device and the retrofitted structure. The design of the RFD is achieved by modifying the conventional performance-based seismic design (PBSD) procedure using computational intelligence techniques, namely, genetic algorithm (GA) and artificial neural network (ANN). Numerous nonlinear time-history response analyses (NLTHAs) are conducted on multi-degree of freedom (MDOF) and single-degree of freedom (SDOF) systems to train and validate the ANN to achieve high prediction accuracy. The proposed procedure and the new RFD are assessed using 2D and 3D models globally and locally. Globally, the effectiveness of the proposed device is assessed by conducting NLTHAs to check the maximum inter-story drift ratio (MIDR). Seismic fragilities of the retrofitted models are investigated by constructing fragility curves of the models for different limit states. After that, seismic life cycle cost (LCC) is estimated for the models with and without the retrofit. Locally, the stress concentration at the contact point of the RFD and the existing steel frame is checked being within acceptable limits using finite element modeling (FEM). The RFD showed its effectiveness in minimizing MIDR and eliminating residual drift for low to mid-rise steel frames models tested. GA and ANN proved to be crucial integrated parts in the modified PBSD to achieve the required seismic performance at different limit states with reasonable computational cost. ANN showed a very high prediction accuracy for transformation between MDOF and SDOF systems. Also, the proposed retrofit showed its efficiency in enhancing the seismic fragility and reducing the LCC significantly compared to the un-retrofitted models.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.683-692
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2020
A joint displacement resistance evaluation method for selecting waterproofing materials in railway bridge decks is proposed. The displacement range for an evaluation is determined by finite element method (FEM) analysis of a load case based on an existing high-speed PSC Girder Box railroad bridge structure. The FEM analysis results were used to calculate the minimum joint displacement range to be applied during testing (approximately 1.5 mm). For the evaluation, four commonly used waterproofing membrane types, cementitious slurry coating (CSC), polyurethane coating system (PCS), self-adhesive asphalt sheet (SAS), and composite asphalt sheet (CAS), were tested, with five specimens of each membrane type. The joint displacement width range conditions, including the minimum displacement range obtained from FEM analysis, were set to be the incrementing interval, from 1.5, 3.0, 4.5, and 6.0 mm. The proposal for the evaluation criteria and the specimen test results demonstrated how the evaluation method is important for the sustainability of high-speed railway bridges.
Kim, Cheulgon;Hwang, Jihoon;Seo, Hyeongjoon;Mo, Jinyong;Jung, Duhan;Hong, Seokmoo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.4
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pp.423-428
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2015
To identify locations and causes of interference among parts of an indoor air-conditioning unit, a 3D tolerance analysis was performed and optimized with respect to assembly gaps and the tolerance of each part. The maximum value of the defect rate resulting from the tolerance analysis was found to be 72.6 at the assembly portion of the body and drain. The maximum displacement caused by the thermal deformation during a heating operation was calculated to be approximately 1 mm by using finite element analysis (FEA). Therefore, it is possible that an interference among the assembled parts occurs. The tolerance of the drain was modified by the results of the sensitivity analysis. As a result, the defect rate was greatly reduced to 0.03. Through the FEA results of the indoor air-conditioning unit, it was shown that the improved tolerance of the drain decreased the interference among the assembled parts even though thermal deformation occurs during operation.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.3
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pp.116-126
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1993
The finite element method(FEM) has been commonly used for structural dynamic analysis. However, the direct global application of FEM to large complex structures such as ships and offshore structures requires considerable computational efforts, and remarkably more in structural dynamic optimization problems. Adoption of the component-mode synthesis method is an efficient means to overcome the above difficulty. Among three classes of the component-mode synthesis method, the free-interface mode method is recognized to have the advantages of better computational efficiency and easier implementation of substructures' experimental results, but the disadvantage of lower accuracy in analytical results. In this paper, an advanced method to improve the accuracy in the application of the free-interface mode method for the vibration analysis of large complex structures is presented. In order to compensate the truncation effect of the higher modes of substructures in the synthesis process, both residual inertia and stiffness effects are taken into account and a frequency shifting technique is introduced in the formulation of the residual compliance of substructures. The introduction of the frequency shrift ins not only excludes cumbersome manipulation of singular matrices for semi-definite substructural systems but gives more accurate results around the specified shifting frequency. Numerical examples of typical structural models including a ship-like two dimensional finite element model show that the analysis results based on the presented method are well competitive in accuracy with those obtained by the direst global FEM analysis for the frequencies which are lower than the highest one employed in the synthesis with remarkably higher computational efficiency and that the presented method is more efficient and accurate than the fixed-interface mode method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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