One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
In this study, a five-story steel frame was designed in accordance with KBC2005 to evaluate the effect of the beam-column connection on the structural behavior. The connections were designed as a fully rigid connection and as a semirigid connection. A fiber model was utilized to describe the moment-curvature relationship of the steel beam and column, and a three-parameter power model was adopted for the moment-rotation angle of the semirigid connection. To evaluate the effects of higher modes on structural behavior, the structure was subjected to a KBC2005-equivalent lateral load and lateral loads considering higher modes. The structure was idealized as a separate 2D frame and as a connected 2D frame. The pushover analysis of 2D frames for the lateral load yielded the top displacement-base shear force, design coefficients such as overstrength factor, ductility ratio, and response modification coefficient, demanded ductility ratio for the semirigid connection,and distribution of plastic hinges. The sample structure showed a greater response modification coefficient than KBC2005, the higher modes were found to have few effects on the coefficient, and the lateral load of KBC2005 was found to be conservative. The TSD connection was estimated to secure economy and safety in the sample structure.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.1
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pp.14-20
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2015
In this study, we propose an innovative lateral force distribution building system between tall buildings by utilizing the difference of moment of inertia, as the alternative design for highly integrated city area. Considering a tri-axial symmetric conditions and boundary conditions for the three-dimensional building structure system, a two-dimensional model is composed. In the proposed indeterminate structural model, important design variables are determined for obtaining minimum horizontal deflections, reactions and bending moments at the ground level of the buildings. Regarding a case of the provided two spatial structures connected to 4 buildings, the optimum location of middle located spatial structure is 45% from the top of the building, which minimize the end moments at the bottom of the buildings. In the considered verification examples, reduced drifts at the top location of the building systems are validated against static wind pressure loads and static earthquake loads. The suggested hybrid building system will improve the safety and reliability of the system due to the added internal truss-dome structures in terms of more than 30% reduced drift and vibration through the development of convergence of tall buildings and spatial structures.
It is important to predict the hydrodynamic maneuvering derivatives, which consist of the forces and moment acting on a hull during a maneuvering motion, when estimating the maneuverability of a ship. The estimation of the maneuverability of a ship with a change in the stern hull form is often performed at the initial design stage. In this situation, a method that can reflect the change in the hull form is necessary in the prediction of the maneuverability of the ship. In particular, the linear hydrodynamics maneuvering derivatives affect the yaw checking motion as the key factors. In the present study, static drift calculations were performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) based on Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) for a 40-segment hull. A prediction method for the linear hydrodynamic maneuvering derivatives was proposed using the slender body theory from the distribution of the lateral force acting on each segment of the hull. Moreover, the results of a comparison study to the model experiment for KVLCC1 performed by KRISO are presented in order to verify the accuracy of the static drift calculation. Finally, the linear hydrodynamic maneuvering derivatives obtained from both the model test and calculation are compared and presented to verity the usefulness of the method proposed in this study.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.16
no.3
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pp.240-249
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2013
This paper discusses the maneuvering control algorithm based on all-wheel independent driving and steering control techniques for special purpose 6WD/WS vehicles. The maneuvering control algorithms considering superior dynamic characteristics of high power in-wheel motors and independent steering system are designed to perform driving, steering, vehicle stability, and fault tolerant control. The maneuvering controller applies sliding and optimal control theories considering optimal torque distribution and friction circle related to the vertical tire force. The fault tolerant control algorithm is applied to obtain the similar maneuverability to that of the non-faulty vehicle. The simulations using the Matlab/Simulink dynamics model and experiments using HIL simulator mounting the real controllers with the designed control algorithms prove the improved performances in terms of vehicle stability and maneuverability.
Even in today's computer-oriented world with all its sophisticated analysis tools, engineering judgement is required to assess the adequacy of computer output. Approximate analysis method can be a feasible tool to check solutions from computer softwares roughly. It can be a simple tool for structural engineer to check force distribution in frame. Also, it can serve as a basis in selecting preliminary member sizes. The objective of this study is length factor and inflection points. The validity of this method is examined by comparing the results of this method with those of existing methods, showing improvement in the prediction of structural behavior.
It is a common practice to design basement walls acting as a one-way slab or plate with idealized boundary conditions, resulting in potentially inefficient design. The walls are often supported by buttress columns and side walls in the vertical direction, thereby acting as a two-way slab. In this study, structural behavior of single-story, three-span basement wall subjected to lateral soil pressure was investigated. Three dimensional finite element analyses were conducted to determine the force distribution on the wall. Based on the numerical studies, a regression analysis was carried out to determine the design values of moments in vertical and horizontal directions as well as shear forces on the wall and design charts are developed. The proposed design method with accompanying design charts would enable practicing engineers to estimate member forces on the wall for preliminary design purpose without resorting to finite element analysis. Numerical examples demonstrated the applicability of the proposed method.
Meshmesha, Hussam M.;Kennedy, John B.;Sennah, Khaled;Moradi, Saber
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.5
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pp.567-577
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2019
Guyed steel lattice towers (or guyed masts) are widely used for supporting antennas for telecommunications and broadcasting. This paper presents a numerical study on the static and dynamic response of guyed towers. Three-dimensional nonlinear finite-element models are used to simulate the response. Through performing static pushover analyses and free-vibration (modal) analyses, the effect of different bracing configurations is investigated. In addition, seismic analyses are performed on towers of different heights to study the influence of earthquake excitation time-lag (or the earthquake travel distance between tower anchors) and antenna weight on the seismic response of guyed towers. The results show that the inclusion of time lag in the seismic analysis of guyed towers can influence shear and moment distribution along the height of the mast. Moreover, it is found that the lateral response is insensitive to bracing configurations. The results also show that, depending on the mast height, an increased antenna weight can reduce the tower maximum base shear while other response quantities, such as cables tension force are found to be insensitive to variation in the antenna weight.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.450-465
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2021
In this study, an attempt has been made to investigate the water-entry characteristics of the high-speed parallel projectile numerically. The shear stress transport k-𝜔 turbulence model and the Zwart-Gerber-Belamri cavitation model based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes method were used. The grid independent inspection and grid convergence index is carried out and verified. The influences of the parallel water-entry on flow filed characteristics, trajectory stability and drag reduction performance for different values of initial water-entry speed (𝜈0 = 280 m/s, 340 m/s, 400 m/s) and clearance between the parallel projectiles (Lp = 0.5D, 1.0D, 2.0D, 3.0D) are presented and analyzed in detail. Under the condition of the parallel water-entry, it can be found that due to the intense interference between the parallel projectiles, the distribution of cavity is non-uniform and part of the projectile is exposed to water, resulting in the destruction of the cavity structure and the decline of trajectory stability. In addition, the parallel projectile suffers more severe lateral force that separates the two projectiles. The drag reduction performance is impacted and the velocity attenuation is accelerated as the clearance between the parallel projectiles reduces.
Nah, Jae Won;Kim, Won Gun;Yi, Kyongsu;Lee, Jongseok;Lee, Daeok
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.6
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pp.731-738
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2013
This paper describes a fault-tolerant driving control strategy for an independent steer-by-wire system in sixwheel-drive/six-wheel-steering vehicles. An algorithm has been designed to realize vehicle maneuverability that is as close as possible to that of non-faulty vehicles by inducing high slip ratio of the wheel through a faulty steer-by-wire system in order to reduce the lateral tire force, which is resistant to the yaw motion. Considering the transition of the longitudinal tire force of a wheel with a faulty steer-by-wire component, the longitudinal tire forces are optimally distributed to the other wheels. Fault-tolerant driving performance has been investigated via computer simulations. Simulation studies show that the proposed algorithm can significantly improve the maneuverability of a vehicle with a faulty steer-by-wire system as compared to the optimal traction distribution method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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