Magnetorheological elastomer (MRE), a smart material, is an innovative material for base isolation system. It has magnetorheological (MR) effect that can control the stiffness in real-time. In this paper, a new hybrid base isolation system combining two electromagnetic closed circuits and the roller bearing is proposed. In the proposed system, the roller part can support the vertical load. Thus, the MRE part is free from the vertical load and can exhibit the maximum MR effect. The MRE magnetic loop is constructed in the free space of the roller bearing and forms a strong magnetic field. To demonstrate the performance of the proposed hybrid base isolation system, dynamic characteristic tests and performance evaluation were carried out. Dynamic characteristic tests were performed under the extensive range of strain of the MRE and the change of the applied current. Performance evaluation was carried out using the hybrid simulation under five earthquakes (i.e., El Centro, Kobe, Hachinohe, Northridge, and Loma Prieta). Especially, semi-active fuzzy control algorithm was applied and compared with passive type. From the performance evaluation, the comparison shows that the new hybrid base isolation system using fuzzy control algorithm is superior to passive type in reducing the acceleration and displacement responses of a target structure.
Expressions for determining the value of the impact force as reported in the literature and incorporated into code provisions are essentially quasi-static forces for emulating deflection. Quasi-static forces are not to be confused with contact force which is generated in the vicinity of the point of contact between the impactor and target, and contact force is responsible for damage featuring perforation and denting. The distinction between the two types of forces in the context of impact actions is not widely understood and few guidelines have been developed for their estimation. The value of the contact force can be many times higher than that of the quasi-static force and lasts for a matter of a few milli-seconds whereas the deflection of the target can evolve over a much longer time span. The stiffer the impactor the shorter the period of time to deliver the impulsive action onto the target and consequently the higher the peak value of the contact force. This phenomenon is not taken into account by any contemporary codified method of modelling impact actions which are mostly based on the considerations of momentum and energy principles. Computer software such as LS-DYNA has the capability of predicting contact force but the dynamic stiffness parameters of the impactor material which is required for input into the program has not been documented for debris materials. The alternative, direct, approach for an accurate evaluation of the damage potential of an impact scenario is by physical experimentation. However, it can be difficult to extrapolate observations from laboratory testings to behaviour in real scenarios when the underlying principles have not been established. Contact force is also difficult to measure. Thus, the amount of useful information that can be retrieved from isolated impact experiments to guide design and to quantify risk is very limited. In this paper, practical methods for estimating the amount of contact force that can be generated by the impact of a fallen debris object are introduced along with the governing principles. An experimental-calibration procedure forming part of the assessment procedure has also been verified.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.3
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pp.21-28
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2009
The precise analysis of soil-pile-structure interaction requires a proper description of soil layer, pile, and structure. In commonly used finite element simulations, mesh boundaries should match the material discontinuity line. However, in practice, the geometry of soil profiles and piles may be so complex that mesh alignment becomes a wasteful and difficult task. To overcome these difficulties, a different integration method is adopted in this paper, which enables easy integration over a regular element with material discontinuity regardless of the location of the discontinuity line. By applying this integration method, the mesh can be generated rapidly and in a highly structured manner, leading to a very regular stiffness matrix. The influence of the shape of the soil profile and piles on the response is examined, and the validity of the proposed soil-pile structure interaction analysis method is demonstrated through several examples. It is seen that the proposed analysis method can be easily used on soil-pile-structure interaction problems with complex interfaces between materials to produce reliable results regardless of the material discontinuity line.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.12
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pp.5689-5695
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2012
In this study, vibration properties of seat and human body are analyzed through test and numerical analysis methods by taking into account the viscoelastic characteristics of polyurethane foam as seat material which is applied for vehicle. These viscoelastic characteristics which show nonlinear and quasi-static behavior are obtained by compression test. In addition, the viscous elastic property of polyurethane foam is modelled mathematically by using convolution integral and nonlinear stiffness model. In order to analyze the performance on ride comfort of seat, vertical vibration model is established by using dynamic model of seat and vertical vibration model of human body at ISO5982, and so the related motion equations are derived. A numerical analysis simulation is applied by using the nonlinear motion equation with Runge-Kutta integral method. The dynamic responses of seat and human body on the input of vibration acceleration measured at the floor of the railway vehicle are examined. The variation of the index value at ride comfort on seat design parameters is analyzed and the methodology on seat design is suggested.
In earthquake engineering, dynamic analyses are usually conducted by using a nonlinear analytical model of the entire building in order to identify the performance against earthquakes. At the same time, a large number of dynamic analyses are required to consider uncertainties on analytical models and ground motions. Therefore, it is necessary for the analytical model to be adequate, that is to say, the runtime should not be too long as the entire building is modeled to be in much detail, or the nonlinear model should not yield outputs very far from the actual ones by excluding important behaviors too much. The analytical model is usually developed based on experimental results, which have been already conducted for reinforced concrete columns with relaxed details. Therefore, this study aimed at making analytical models to be able to simulate the hysteretic behavior of the columns simply and easily. The analytical model utilizes a lumped hinge model to represent nonlinear moment-rotation hysteretic behavior of RC columns, which is feasible for nonlinear dynamic analyses usually conducted in earthquake engineering and for matching the analytical model to test results. For the analytical model, elements and material models provided by OpenSees are utilized. The analytical model can define the envelope curve, pinching, and unloading stiffness deterioration, but shortcoming of this model is not to be able to consider axial force-moment interaction directly and to simulate strength deterioration after post-capping completely. However, the analytical model can still represent test results well by considering that the goal of this study is to propose a general way to represent the hysteretic behavior of RC columns with relaxed details, not to provide parameters for a refined hysteretic model that can be just applied case by case.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.395-404
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2005
This paper presents a reliable numerical procedure for nonlinear time-history analysis of space steel frames subjected to dynamic loads. Geometric nonlinearities of member (P-$\delta$) and frame (P-$\Delta$) are taken into account by the use of stability functions in framed stiffness matrix formulation. The gradual yielding along the member length and over the cross section is included by using a tangent modulus concept and a softening plastic hinge model based on the New-Orbison yield surface. A computer program utilizing the average acceleration method for the integration scheme is developed to numerically solve the equation of motion of framed structure formulated in an incremental form. The results of several numerical examples are compared with those derived from using beam element model of ABAQUS program to illustrate the accuracy and the computational efficiency of the proposed procedure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.723-728
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2011
Since the performance of a vacuum circuit breaker (VCB) mainly depends on the spring operating mechanism, an analysis of the spring operating mechanism is required in order to improve the design of a VCB. In this study, the static stiffness of the spring was determined by using a material testing machine, and the test results were used to model the spring through computer simulation. The multi-body dynamic model of the spring was established by using the RecurDyn program. The dynamic model was verified by comparing the results of stem displacements and rotating angles of the brake shaft obtained from the simulation and from the experiments. After verification of the dynamic model of VCB, the cam profile of the VCB was optimized through multi-body dynamics simulation in order to improve the performance of the closing mechanism.
In this investigation, dynamic and bending behaviors of isolated protein microtubules are analyzed. Microtubules (MTs) can be considered as bio-composite structures that are elements of the cytoskeleton in eukaryotic cells and posses considerable roles in cellular activities. They have higher mechanical characteristics such as superior flexibility and stiffness. In the modeling purpose of microtubules according to a hollow beam element, a novel single variable sinusoidal beam model is proposed with the conjunction of modified strain gradient theory. The advantage of this model is found in its new displacement field involving only one unknown as the Euler-Bernoulli beam theory, which is even less than the Timoshenko beam theory. The equations of motion are constructed by considering Hamilton's principle. The obtained results are validated by comparing them with those given based on higher shear deformation beam theory containing a higher number of variables. A parametric investigation is established to examine the impacts of shear deformation, length scale coefficient, aspect ratio and shear modulus ratio on dynamic and bending behaviors of microtubules. It is remarked that when length scale coefficients are almost identical of the outer diameter of MTs, microstructure-dependent behavior becomes more important.
A new type of buckling-restrained braces (BRBs) with a longitudinally profiled steel plate working as the core (LPBRB) is proposed and experimentally investigated. Different from conventional BRBs with a constant thickness core, both stiffness and strength of the longitudinally profiled steel core along its longitudinal direction can change through itself variable thickness, thus the construction of LPBRB saves material and reduces the processing cost. Four full-scale component tests were conducted under quasi-static cyclic loading to evaluate the seismic performance of LPBRB. Three stiffening methods were used to improve the fatigue performance of LPBRBs, which were bolt-assembled T-shaped stiffening ribs, partly-welded stiffening ribs and stiffening segment without rib. The experimental results showed LPBRB specimens displayed stable hysteretic behavior and satisfactory seismic property. There was no instability or rupture until the axial ductility ratio achieved 11.0. Failure modes included the out-of-plane buckling of the stiffening part outside the restraining member and core plate fatigue fracture around the longitudinally profiled segment. The effect of the stiffening methods on the fatigue performance is discussed. The critical buckling load of longitudinally profiled segment is derived using Euler theory. The local bulging behavior of the outer steel tube is analyzed with an equivalent beam model. The design recommendations for LPBRB are presented finally.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.121-129
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2017
In this paper, the shake table test for the masonry infilled reinforced concrete frame with non-seismic details was carried out in order to evaluate its dynamic behaviour and damage under seismic condition. The tested specimens were the RC frame and the masonry infilled RC frame and the dynamic characteristics, such as a resonant period, acceleration response, displacement response and base shear force response, were compared between them. As a result of the shake table test, RC frame specimen had flexural cracks at the top and bottom of the column and shear cracks at the joints. In the case of masonry infilled RC frame, the damage of the frame was relatively minor but the sliding cracks and diagonal shear cracks on the masonry wall were severe at the final excitation. The resonant period of infilled RC frame specimen was shorter than that of the RC frame specimen because the masonry infill contributed to increase the stiffness. The maximum displacement response of the infilled RC frame specimen was decreased by about 20% than the RC frame specimen. It was analyzed that the masonry infill wall applied in this study contributed to increase the lateral strength of the RC frame with non - seismic detail by about 2.2 times and the stiffness by about 1.6 times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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