This paper presents a high precision integration method for the dynamic response analysis of structures with holonomic constraints. A detail recursive scheme suitable for algebraic and differential equations (ADEs) which incorporates generalized forces is established. The matrix exponential involved in the scheme is calculated precisely using $2^N$ algorithm. The Taylor expansions of the nonlinear term concerned with state variables of the structure and the generalized constraint forces of the ADEs are derived and consequently, their particular integrals are obtained. The accuracy and effectiveness of the present method is demonstrated by two numerical examples, a plane truss with circular slot at its tip point and a slewing flexible cantilever beam which is currently interesting in optimal control of robot manipulators.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1941-1948
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2003
This paper is about feasibility study of positioning device using magnetic suspension system which uses only vertical magnetic forces. The proposed system has inherited advantages from contact-free system, simple structure, and high expansibility in operating range different from conventional positioning devices. In this paper, the structure and operating principle are described and the linearized magnetic force and dynamic model are obtained. With the linear control theory, the experiments are executed. finally, the experimental results are shown.
Zarei, Mohammad J.;Hatami, Shahabeddin;Gholami, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.44
no.4
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pp.519-529
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2022
Sandwich structures with the superior mechanical properties such as high stiffness and strength-to-weight ratio, good thermal insulation, and high energy absorption capacity are used today in aerospace, automotive, marine, and civil engineering industries. These structures are composed of moderately stiff, thin face sheets that withstand the majority of transverse and in-plane loads, separated by a thick, lightweight core that resists shear forces. In this research, the finite element technique is used to simulate a sandwich panel with a truss core under axial compressive stress using ABAQUS software. A review of past experimental studies shows that the bondline between the core and face sheets plays a vital role in the critical failure load. Therefore, this modeling analyzes the damage initiation modes and debonding between face sheet and core by cohesive surface contact with traction-separation model. According to the results obtained from the modeling, it can be observed that the adhesive stiffness has a significant influence on the critical failure load of the specimens. To achieve the full strength of the structure as a continuum, a lower limit is obtained for the adhesive stiffness. By providing this limit stiffness between the core and the panel face sheets, sudden failure of the structure can be prevented.
Kim, Sung-Bo;Han, Man-Yop;Kim, Moon-Young;Jung, Kyoung-Hwan
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.163-171
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2006
The behaviors and design procedures of building excavation plane in innovative prestressed support (IPS) system are presented in this paper. Determination procedure for initial pretension in IPS wale subjected to design earth pressure is derived. The computer analysis model under uniform and non-uniform earth pressure is constructed using beam element for the IPS wale, tension-only element for cable, and compression-only element for soil. Axial forces and bending moments of IPS wale under initial pretension and design earth pressure are calculated. The combined stresses due to these axial force and bending moment are calculated and safety condition of building excavation plane is investigated.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.397-408
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2004
The aim of this paper is to study the interaction between adjacent buildings with different foundation levels under earthquake loading conditions. Buildings and soil are represented by two different models. In the first case, the building itself is modeled with standard frame elements, whereas the soil behavior is simulated by a special grid model, In the second case, the building and soil are represented by plane stress or plane strain elements. The modulus of elasticity of the ground as well as the varying relations of inertia have a strong influence on the section forces within the buildings. The interaction between the two buildings is demonstrated and discussed via numerical examples using the proposed method.
This paper presents a computer method for the dynamic analysis of a system of rigid bodies in plane motion. The formulation rests upon the idea of replacing a rigid body by a dynamically equivalent constrained system of particles. Newton's second law is applied to study the motion of the resulting system of particles without introducing any rotational coordinates. A velocity transformation is used to transform the equations of motion to a reduced set. For an open-chain, this process automatically eliminates all of the non-working constraint forces and leads to an efficient integration of the equations of motion. For a closed-chain, suitable joints should be cut and few cut-joints constraint equations should be included. An example of a closed-chain is used to demonstrate the generality and efficiency of the proposed method.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.77-83
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2024
The design shear strength equations of RC shear walls have been developed based on their performance under in-plane (IP) loads, thereby failing to account for the potential performance degradation of shear strength when subjected to simultaneous out-of-plane (OOP) loading. Most of the previous experimental studies on RC walls have been conducted in one direction under quasi-static conditions, and due to the difficulty in experimental planning, there is a lack of research on cyclic loading and results under multi-axial loading conditions. During an earthquake, shear walls may yield earlier than their design strength or fail unexpectedly when subjected to multi-directional forces, deviating from their intended failure mode. In this paper, nonlinear analysis in finite element models was performed based on the results of cyclic loading experiments on reinforced concrete shear walls of auxiliary buildings. To investigate the reduction trend in IP shear capacity concerning the OOP load ratio, parametric analysis was conducted using the shear wall FEM. The analysis results showed that as the magnitude of the OOP load increased, the IP strength decreased, with a more significant effect observed as the size of the opening increased. Thus, the necessity to incorporate this strength reduction as a factor for the OOP load effect in the wall design strength equation should be discussed by performing various parametric studies.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.2
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pp.152-161
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2013
This paper presents a control effectiveness analysis of the hawkmoth Manduca sexta. A multibody dynamic model of the insect that considers the time-varying inertia of two flapping wings is established, based on measurement data from the real hawkmoth. A six-degree-of-freedom (6-DOF) multibody flight dynamics simulation environment is used to analyze the effectiveness of the control variables defined in a wing kinematics function. The aerodynamics from complex wing flapping motions is estimated by a blade element approach, including translational and rotational force coefficients derived from relevant experimental studies. Control characteristics of flight dynamics with respect to the changes of three angular degrees of freedom (stroke positional, feathering, and deviation angle) of the wing kinematics are investigated. Results show that the symmetric (asymmetric) wing kinematics change of each wing only affects the longitudinal (lateral) flight forces and moments, which implies that the longitudinal and lateral flight controls are decoupled. However, there are coupling effects within each plane of motion. In the longitudinal plane, pitch and forward/backward motion controls are coupled; in the lateral plane, roll and side-translation motion controls are coupled.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.9
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pp.813-819
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2011
This paper predicted nonlinear dynamic responses of a cantilevered carbon nanotube(CNT) resonator incorporating the electrostatic forces and van der Waals interactions between the CNT cantilever and ground plane. The structural model of CNT includes geometric and inertial nonlinearities to investigate various phenomena of nonlinear responses of the CNT due to the electrostatic excitation. In order to solve this problem, we used Galerkin's approximation and the numerical integration techniques. As a result, the CNT nano-resonator shows the softening effect through saddle-node bifurcation near primary resonance frequency with increasing the applied AC and DC voltages. Also we can predict nonlinear secondary resonances such as superharmonic and subharmonic resonances. The superharmonic resonance of the nano-resonator is influenced by applied AC voltage. The period-doubling bifurcation leads to the subharmonic resonance which occurs when the nano-resonator is actuated by electrostatic forces as parametric excitation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.3
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pp.67-75
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1990
A geometrically nonlinear analysis procedure including the damping effects is presented for the investigation of the dynamic post-divergence and post-flutter behavior of a non-conservative system. The dynamic nonlinear analysis of plane frame structure subjected to conservative and non-conservative forces is carried out by solving the equations of motion using Newmark method. Numerical results are presented to demonstrate the effects of the internal and external damping forces in the conservative and non-conservative systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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