This paper develops a new nonlinear model for active control of three-dimensional (3D) irregular building structures. Both geometrical and material nonlinearities with a neuro-controller training algorithm are applied to a multi-degree-of-freedom 3D system. Two dynamic assembling motions are considered simultaneously in the control model such as coupling between torsional and lateral responses of the structure and interaction between the structural system and the actuators. The proposed control system and training algorithm of the structural system are evaluated by simulating the responses of the structure under the El-Centro 1940 earthquake excitation. In the numerical example, the 3D three-story structure with linear and nonlinear stiffness is controlled by a trained neural network. The actuator dynamics, control time delay and incident angle of earthquake are also considered in the simulation. Results show that the proposed control algorithm for 3D buildings is effective in structural control.
A finite element model with the consideration of damage initiation and evolution has been developed for the analysis of the dynamic response of a composite sandwich panel subject to low velocity impact. Typical damage modes including fiber breakage, matrix crushing and cracking, delamination and core crushing are considered in this model. Strain-based Hashin failure criteria with stiffness degradation mechanism are used in predicting the initiation and evolution of intra-laminar damage modes by self-developed VUMAT subroutine. Zero-thickness cohesive elements are adopted along the interface regions between the facesheets and the foam core to simulate the initiation and propagation of delamination. A crushable foam core model with volumetric hardening rule is used to simulate the mechanical behavior of foam core material at the plastic state. The time history curves of contact force and the core collapse area are obtained. They all show a good correlation with the experimental data.
This article deals with the frequency analysis of viscoelastic sandwich disk with graphene nano-platelets (GPLs) reinforced viscoelastic concrete (GPLRVC) face sheets and honeycomb core. The honeycomb core is made of aluminum due to its low weight and high stiffness. The rule of the mixture and modified Halpin-Tsai model are engaged to provide the effective material constant of the concrete. By employing Hamilton's principle, the governing equations of the structure are derived and solved with the aid of the Generalize Differential Quadrature Method (GDQM). In this paper, viscoelastic properties are modeled according to Kelvin-Voigt viscoelasticity. The deflection as the function of time can be solved by the fourth-order Runge-Kutta numerical method. Afterward, a parametric study is carried out to investigate the effects of the outer to inner radius ratio, hexagonal core angle, thickness to length ratio of the concrete, the weight fraction of GPLs into concrete, and the thickness of honeycomb core to inner radius ratio on the frequency of the viscoelastic sandwich disk with honeycomb core and FG-GPLRVC face sheet.
Mamoon A.A. Al-Jaafari;Ridha A. Ahmed;Raad M. Fenjan;Nadhim M. Faleh
Steel and Composite Structures
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v.46
no.5
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pp.659-667
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2023
Nonlinear forced vibration behaviors of sandwich plates having graphene platelets (GPL) based face sheets have been researched in this article. Possessing low weight together with low stiffness, square honeycomb cores are mostly constructed by aluminum. Herein, the square shaped core has been fortified by two skins of GPL-based type in such a way that the skins have uniform and linearly graded GPL dispersions. The square shaped core has the effective material specification according to the relative density concept. The whole formulation has been represented based upon classical plate theory (CPT) while harmonic balance approach is applied for solving the problem and plotting the amplitude-frequency curves. The forced vibration behaviors of such plates are influenced by square-shaped core and the relative density, skin's height and GPL fortification.
In the study, investigation of fiber- reinforced composite materials that can be an alternative to conventional steel was performed by finite element analysis with the help of software. Steel and composite materials have been studied on a four axle truck chassis model. Three-dimensional finite element model was created with software, and then analyzes were performed. The analyses were performed for static and dynamic/fatigue cases. Fatigue cases are formed with the help of design spectra model and fatigue analyses were performed as static analyses with this design spectra. First, analyses were performed for steel and after that optimization analyses were made for the AS4-PEEK carbon fiber composite and Eglass-Epoxy fiber composite materials. Optimization of composite material analyzes include determining the total laminate thickness, thickness of each ply, orientation of each ply and ply stacking sequence. Analyzes were made according to macro mechanical properties of composite, micromechanics case has not been considered. Improvements in weight reduction up to %50 provided at the end of the composite optimization analyzes with satisfying stiffness performance of chassis. Fatigue strength of the composite structure depends on various factors such as, fiber orientation, ply thickness, ply stack sequence, fiber ductility, ductility of the matrix, loading angle. Therefore, the accuracy of theoretical calculations and analyzes should be correlated by testing.
Vibrations of a wind turbine blade have a negative impact on its performance and result in failure of the blade, therefore an approach to effectively control vibration in turbine blades are sought by wind industry. The small domestic horizontal axis wind turbine blades induce flap wise (out-of-plane) vibration, due to varying wind speeds. These flap wise vibrations are transferred to the structure, which even causes catastrophic failure of the system. Shape memory alloys which possess physical property of variable stiffness across different phases are embedded into the composite blades for active vibration control. Previously Shape memory alloys have been used as actuators to change their angles and orientations in fighter jet blades but not used for active vibration control for wind turbine blades. In this work a GFRP blade embedded with Shape Memory Alloy (SMA) and tested for its vibrational and material damping characteristics, under martensitic and austenite conditions. The embedment portrays 47% reduction in displacement of blade, with respect to the conventional blade. An analytical model for the actuated smart blade is also proposed, which validates the harmonic response of the smart blade.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.77-84
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2006
Unlike homogeneous material structure, the behavior of masonry structure is not perfectly elastic even in the range of small deformations because it is a non-homogeneous and anisotropic composite structural material, consisting of masonry units, mortar, and grout. This paper proposes a simplified way of investigating the evolution of the deformation and damage of the structure subjected to a series of successive ground motions with varying shaking. Especially, the most simple but useful algorithm of Fast Fourier Transformation (FFT) has been adopted to investigate the evolution of the deformation and damage of the structure tested on the shaking table. Moreover, the development of a hi-linear curve for an equivalent SDOF system which is obtained by exploiting the frequency and stiffness relationship was discussed. Finally, some important findings related to inelastic properties of the URM are summarized.
Dimitraki, Lamprini S.;Christaras, Basile G.;Arampelos, Nikolas D.
Geomechanics and Engineering
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v.25
no.2
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pp.111-121
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2021
Large deformation and rapid pressure propagation take place inside the rock mass under the dynamic loads caused by the explosives, on quarry faces in order to extract aggregate material. The complexity of the science of rock blasting is due to a number of factors that affect the phenomenon. However, blasting engineering computations could be facilitated by innovative software algorithms in order to determine the results of the violent explosion, since field experiments are particularly difficult to be conducted. The present research focuses on the design of a Finite Element Analysis (FEA) code, for investigating in detail the behavior of limestone under the blasting effect of Ammonium Nitrate & Fuel Oil (ANFO). Specifically, the manuscript presents the FEA models and the relevant transient analysis results, simulating the blasting process for three types of limestone, ranging from poor to very good quality. The Finite Element code was developed by applying the Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state to describe the thermodynamic state of ANFO and the pressure dependent Drucker-Prager failure criterion to define the limestone plasticity behavior, under blasting induced, high rate stress. A progressive damage model was also used in order to define the stiffness degradation and destruction of the material. This paper performs a comparative analysis and quantifies the phenomena regarding pressure, stress distribution and energy balance, for three types of limestone. The ultimate goal of this research is to provide an answer for a number of scientific questions, considering various phenomena taking place during the explosion event, using advanced computational tools.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.2
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pp.53-63
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2024
The cultural heritage of fortresses is often exposed to external elements, leading to significant damage from stone weathering and natural disasters. However, due to the nature of cultural heritage, dismantling and restoration are often impractical. Therefore, the stability of fortress cultural heritage was evaluated through non-destructive testing. The durability of masonry cultural heritages is greatly influenced by the physical characteristics of the back-fille material. Dynamic characteristics were assessed, and endoscopy was used to inspect internal fillings. Additionally, a finite element analysis model was developed considering the surrounding ground through elastic wave exploration. The analysis showed that the loss of internal fillings in the target cultural heritage site could lead to further deformation in the future, emphasizing the need for careful observation.
Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness, and inertia forces on a structure. In an aircraft, as the speed of the flow increases, there may be a point at which the structural damping is insufficient to damp out the motion which is increasing due to aerodynamic energy being added to the structure. This vibration can cause structural failure, and therefore considering flutter characteristics is an essential part of designing an aircraft. Scientists and engineers studied flutter and developed theories and mathematical tools to analyze the phenomenon. Strip theory aerodynamics, beam structural models, unsteady lifting surface methods (e.g., Doublet-Lattice) and finite element models expanded analysis capabilities. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. This may reduce the vibration level of the structure, and hence improve its dynamic performance. In this paper, for the first time, we analyze the flutter characteristics of a wing with a periodic change in its sandwich construction. The new technique preserves the external geometry of the wing structure and depends on changing the material of the sandwich core. The periodic analysis and the vibration response characteristics of the model are investigated using a finite element model for the wing. Previous studies investigating the dynamic bending response of a periodic sandwich beam in the absence of flow have shown promising results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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