The present study investigates the non-linear soil-pile interaction using three-dimensional (3D) non-linear finite element models. The numerical models were validated by using the results of extensive pile load and shaking table tests. The pile performance in liquefiable and non-liquefiable soil has been studied by analyzing the liquefaction ratio, pile lateral displacement (LD), pile bending moment (BM), and frictional resistance (FR) results. The pile models have been developed for the different ground conditions. The study reveals that the results obtained during the pile load test and shaking cycles have good agreement with the predicted pile and soil response. The soil density, peak ground acceleration (PGA), slenderness ratio (L/D), and soil condition (i.e., dry and saturated) are considered during modeling. Four ground motions are used for the non-linear time history analyses. Consequently, design charts are proposed depended on the analysis results to be used for design practice. Eleven models have been used to validate the capability of these charts to capture the soil-pile response under different seismic intensities. The results of the present study demonstrate that L/D ratio slightly affects the lateral displacement when compared with other parameters. Also, it has been observed that the increasing in PGA and decreasing L/D decreases the excess pore water pressure ratio; i.e., increasing PGA from 0.1 g to 0.82 g of loose sand model, decrease the liquefaction ratio by about 50%, and increasing L/D from 15 to 75 of the similar models (under Kobe earthquake), increase this ratio by about 30%. This study reveals that the lateral displacement increases nonlinearly under both dry and saturated conditions as the PGA increases. Similarly, it is observed that the BM increases under both dry and saturated states as the L/D ratio increases. Regarding the acceleration histories, the pile BM was reduced by reducing the acceleration intensity. Hence, the pile BM decreased to about 31% when the applied ground motion switched from Kobe (PGA=0.82 g) to Ali Algharbi (PGA=0.10 g). This study reveals that the soil conditions affect the relationship pattern between the FR and the PGA. Also, this research could be helpful in understanding the threat of earthquakes in different ground characteristics.
A diffusion synthetic acceleration (DSA) technique for the SN transport equation discretized with the linear discontinuous expansion method with subcell balance (LDEM-SCB) on unstructured tetrahedral meshes is presented. The LDEM-SCB scheme solves the transport equation with the discrete ordinates method by using the subcell balances and linear discontinuous expansion of the flux. Discretized DSA equations are derived by consistently discretizing the continuous diffusion equation with the LDEM-SCB method, however, the discretized diffusion equations are not fully consistent with the discretized transport equations. In addition, a fine mesh rebalance (FMR) method is devised to accelerate the discretized diffusion equation coupled with the preconditioned conjugate gradient (CG) method. The DSA method is applied to various test problems to show its effectiveness in speeding up the iterative convergence of the transport equation. The results show that the DSA method gives small spectral radii for the tetrahedral meshes having various minimum aspect ratios even in highly scattering dominant mediums for the homogeneous test problems. The numerical tests for the homogeneous and heterogeneous problems show that DSA with FMR (with preconditioned CG) gives significantly higher speedups and robustness than the one with the Gauss-Seidel-like iteration.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.6
no.3
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pp.190-196
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2006
In this paper, the nonlinear damping force model is made to identify the properties of the ER damper using higher order spectrum. The higher order spectral analysis is used to investigate the nonlinear frequency coupling phenomena with the damping force signal according to the sinusoidal excitation of the damper. Also, this paper presents an inverse model of the ER damper, i.e., the model can predict the required voltage so that the ER damper can produce the desired force for the requirement of vibration control of vehicle suspension systems. The inverse model has been constructed by using piecewise linear damping force model. In this paper, the fuzzy logic control based on heuristic knowledge is combined with the skyhook control. And it is simulated for a quarter car model. The acceleration of the sprung mass is included in the premise part of the fuzzy rules to reduce the vertical acceleration RMS value of the sprung mass. Then scaling factors and membership functions are tuned using genetic algorithm to obtain optimal performance.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.04a
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pp.399-404
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2001
In CNC machining, a 3D(3-dimension) linear segment and a 2D(2-dimension) circular arc are general forms given by CAD/CAM system. Generally, the 2D circular arc machining is processed using dividing into some linear segments. A 3D circular arc also don't exist in the standard form of NC data. This paper present a algorithm and method for real-time machining of a circular arc(not only the 2D one, but also the 3D one). The 3D circular arc machining is based on the 2D circular arc machining. It only needs making a new coordinate system, converting given 3D points(a start point, a end point, and a center point of a 3D circular arc) into points of the new coordinate system, and processing a inverse transformation about a interpolated point. The proposed algorithm was implemented and simulated on PC system. It was confirmed to give a gcod result.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.101-104
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2004
This paper addresses uncertainty issues encountered recently in measuring head vibration using the conventional 6-axis or 9-axis bite-bar Those conventional bite-bars are shown to present insufficient information to measure a complete 6 degree-of-freedom motion of head vibration. In order to overcome such limit, a theoretical measurement model that consists of four 3-axis linear accelerometers is suggested (Theoretical backgrounds presented in this paper shall have been addressed in the international congress of ICA 2004 in this April). It is shown to enable the direct measurement of three angular acceleration components and six angular velocity-dependent nonlinear terms. In audition to the three linear acceleration terms, those nine angular motion-dependent ones are found to make it possible to evaluate the general head vibration for a given position. To examine the feasibility of the proposed method, a newly designed 12-axis bite-bar was developed. Detailed experimental results obtained using the developed 12-axis bite-bar are illustrated in the presentation of this paper, which illustrates what amount of measurement accuracy provides. But, this paper provides more detailed experimental data and extended uncertainty factors.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.22-25
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2008
The dynamic response of the head arm assembly (HAA) of a hard disk drive to an impact load was obtained from a 3D non-linear finite element model using ANSYS/LS-DYNA and from experiments using a modified levitation mass method (LMM). In the finite element model, the impact load was created by modeling the mass as a rigid body and making it collide with the HAA. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were then obtained from the time history data of the finite element analysis. In the LMM, a mass that was levitated with an aerostatic linear bearing, and hence encountered negligible friction, was made to collide with the actuator arm, resulting in a dynamic bending test for the arm. During the collision, the Doppler frequency shift of the laser beam reflected from the mass was accurately measured with an optical interferometer. The velocity, displacement, acceleration, and inertial force of the mass were accurately calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. A good correlation between the experimental data and FEA results was observed. The FEA was also used to investigate the dynamic response of the HAA to impact by different masses.
Seismic isolation is often used in protecting mission-critical structures including hospitals, data centers, telecommunication buildings, etc. Such structures typically house vibration-sensitive equipment which has to provide continued service but may fail in case sustained accelerations during earthquakes exceed threshold limit values. Thus, peak floor acceleration is one of the two main parameters that control the design of such structures while the other one is peak base displacement since the overall safety of the structure depends on the safety of the isolation system. And in case peak base displacement exceeds the design base displacement during an earthquake, rupture and/or buckling of isolators as well as bumping against stops around the seismic gap may occur. Therefore, obtaining accurate peak floor accelerations and peak base displacement is vital. However, although nominal design values for isolation system and superstructure parameters are calculated in order to meet target peak design base displacement and peak floor accelerations, their actual values may potentially deviate from these nominal design values. In this study, the sensitivity of the seismic performance of structures equipped with linear and nonlinear seismic isolation systems to the aforementioned potential deviations is assessed in the context of a benchmark shear building under different earthquake records with near-fault and far-fault characteristics. The results put forth the degree of sensitivity of peak top floor acceleration and peak base displacement to superstructure parameters including mass, stiffness, and damping and isolation system parameters including stiffness, damping, yield strength, yield displacement, and post-yield to pre-yield stiffness ratio.
To ensure safety and long term performance, structural control has rapidly matured over the past decade into a viable means of limiting structural responses to strong winds and earthquakes. Nonlinear response history analysis requires rigorous procedure to compute seismic demands. Therefore the simplified nonlinear analysis procedures are useful to determine performance of the structure. In this investigation, application of improved capacity demand diagram method in the control of structural system is presented for the first time. Developed pole assignment method (DPAM) in structural systems control is introduced. Genetic algorithm (GA) is employed as an optimization tool for minimizing a target function that defines values of coefficient matrices providing the placement of actuators and optimal control forces. The ground acceleration is modified under induced control forces. Due to this, performance of structure based on improved nonlinear demand diagram is selected to threshold of nonlinear behavior of structure. With small energy consumption characteristics, semi-active devices are especially attractive solutions for limiting earthquake effects. To illustrate the efficiency of DPAM, a 30-story steel moment frame structure employing the semi-active control devices is applied. In comparison to the widely used linear quadratic regulation (LQR), the DPAM controller was shown to be just as effective and better in the reduction of structural responses during large earthquakes.
An acceleration stress test (AST) was performed to evaluate the durability of a polymer membrane in a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) for 500 hours. Previous studies have shown that hydrogen crossover measured by linear sweep voltammetry (LSV) increases when the polymer membrane deteriorates in the AST process. On the other hand, hydrogen crossover of the membrane often decreases in the early stages of the AST test. To investigate the cause of this phenomenon, we analyzed the MEA operated for 50 hours using the AST method (OCV, RH 30% and $90^{\circ}C$). Cyclic voltammetry and transmission electron showed that the electrochemical surface area (ECSA) decreased due to the growth of electrode catalyst particles and that the hydrogen crossover current density measured by LSV could be reduced. Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric/differential thermal analysis showed that -S-O-S- crosslinking occurred in the polymer after the 50 hour AST. Gas chromatography showed that the hydrogen permeability was decreased by -S-O-S- crosslinking. The reduction of the hydrogen crossover current density measured by LSV in the early stages of AST could be caused by both reduction of the electrochemical surface area of the electrode catalyst and -S-O-S- crosslinking.
Seismic ground response evaluation is one of the main issues in geotechnical earthquake engineering. These analyses are subsequently divided into one-, two- and three-dimensional methods, and each of which can perform in time or frequency domain. In this study, a novel approach is proposed to assess the seismic site response using two-dimensional transfer functions in frequency domain analysis. Using the proposed formulation, a program is written in MATLAB environment and then promoted utilizing the equivalent linear approach. The accuracy of the written program is evaluated by comparing the obtained results with those of actual recorded data in the Gilroy region during Loma Prieta (1989) and Coyote Lake (1979) earthquakes. In order to precise comparison, acceleration time histories, Fourier amplitude spectra and acceleration response spectra diagrams of calculated and recorded data are presented. The proposed 2D transfer function diagrams are also obtained using mentioned earthquakes which show the amount of amplification or attenuation of the input motion at different frequencies while passing through the soil layer. The results of the proposed method confirm its accuracy and efficiency to evaluate ground motion during earthquakes using two-dimensional model. Then, studies on irregular topographies are carried out, and diagrams of amplification factors are shown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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