Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.3
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pp.54-61
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1998
This paper presents a prediction method of natural frequencies of vertical hull girder vibration based on design sensitivity analysis in case of design modification and the variation of loading condition. The resented method premises the vibration analysis by the transfer matrix method. Governing sensitivity equation is derived from the direct differentiation of state vector and transfer matrix to parameters and its transfer over all the hull girder elements. Derivatives of natural frequencies and mode shapes are determined by two trial calculation of the governing equation. Using the derivatives, the changes of natural frequencies and mode shapes can be predicted when mass and stiffness parameter's are changed. As results, it is possible to optimize ship structure as well as to avoid troublesome calculation in hull girder vibration analysis rationally and efficiently. To verify the accuracy and efficiency of the resented method numerical results obtained by both the sensitivity analysis and the ordinary reanalysis far a real ore/bulk carrier in case of the change of mass and stiffness parameters are compared.
The main goal of this study is to investigate the free vibration analysis of a large sag catenary with application to the jumper in hybrid riser system. The equation of motion is derived by using the variational method based on the virtual work principle. The finite element method is applied to evaluate the numerical solutions. The large sag catenary is utilized as an initial configuration for vibration analysis. The nonlinearity due to the large sag curvature of static configuration is taken into account in the element stiffness matrix. The natural frequencies of large sag catenary and their corresponding mode shapes are determined by solving the eigenvalue problem. The numerical examples of a large sag catenary jumpers are presented. The influences of bending rigidity and large sag shape on the free vibration behaviors of the catenary jumper are provided. The results indicate that the increase in sag reduces the jumper natural frequencies. The corresponding mode shapes of the jumper with large sag catenary shape are comprised of normal and tangential displacements. The large sag curvature including in the element stiffness matrix increases the natural frequency especially for a case of very large sag shape. Mostly, the mode shapes of jumper are dominated by the normal displacement, however, the tangential displacement significantly occurs around the lowest point of sag. The increase in degree of inclination of the catenary tends to increase the natural frequencies.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.1
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pp.193-200
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2021
In this study, an analysis technique using static condensation is proposed for an efficient local nonlinear static analysis. The static condensation method is a model reduction method based on the degrees of freedom, and the analysis model is divided into a target part and a condensed part to be omitted. In this study, the nonlinear and linear parts were designated to the target and the omitted parts, respectively, and both the stiffness matrix and load vector corresponding to the linear part were condensed into the nonlinear part. After model condensation, the reduced model comprising the stiffness matrix and the load vector for the nonlinear part is constructed, and only this reduced model was updated through the Newton-Raphson iteration for an efficient nonlinear analysis. Finally, the efficiency and reliability of the proposed analysis technique were presented by applying it to various numerical examples.
Saoula Abdelkader;Abdelrahmane B. Benyamina;Meftah Sid Ahmed
Steel and Composite Structures
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v.52
no.3
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pp.343-356
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2024
This paper presents an analytical solution for correctly predicting the Lateral-Torsional Buckling critical moment of simply supported castellated beams, the solution covers uniformly distributed loads combined with compressive loads. For this purpose, the castellated beam section with hexagonal-type perforation is treated as an arrangement of double "T" sections, composed of an upper T section and a lower T section. The castellated beam with regular openings is considered as a periodic repeating structure of unit cells. According to the kinematic model, the energy principle is applied in the context of geometric nonlinearity and the linear elastic behavior of materials. The differential equilibrium equations are established using Galerkin's method and the tangential stiffness matrix is calculated to determine the critical lateral torsional buckling loads. A Finite Element simulation using ABAQUS software is performed to verify the accuracy of the suggested analytical solution, each castellated beam is modelled with appropriate sizes meshes by thin shell elements S8R, the chosen element has 8 nodes and six degrees of freedom per node, including five integration points through the thickness, the Lanczos eigen-solver of ABAQUS was used to conduct elastic buckling analysis. It has been demonstrated that the proposed analytical solution results are in good agreement with those of the finite element method. A parametric study involving geometric and mechanical parameters is carried out, the intensity of the compressive load is also included. In comparison with the linear solution, it has been found that the linear stability underestimates the lateral buckling resistance. It has been confirmed that when high axial loads are applied, an impressive reduction in critical loads has been observed. It can be concluded that the obtained analytical solution is efficient and simple, and offers a rapid and direct method for estimating the lateral torsional buckling critical moment of simply supported castellated beams.
Seo Jeong Hun;Earmme Taemin;Jang Gang-Won;Kim Yoon Young
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.1
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pp.110-124
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2006
The multi scale wavelet-Galerkin method implemented in an adaptive manner has an advantage of obtaining accurate solutions with a substantially reduced number of interpolation points. The method is becoming popular, but its numerical efficiency still needs improvement. The objectives of this investigation are to present a new numerical scheme to improve the performance of the multi scale adaptive wavelet-Galerkin method and to give detailed implementation procedure. Specifically, the subdomain technique suitable for multiscale methods is developed and implemented. When the standard wavelet-Galerkin method is implemented without domain subdivision, the interaction between very long scale wavelets and very short scale wavelets leads to a poorly-sparse system matrix, which considerably worsens numerical efficiency for large-sized problems. The performance of the developed strategy is checked in terms of numerical costs such as the CPU time and memory size. Since the detailed implementation procedure including preprocessing and stiffness matrix construction is given, researchers having experiences in standard finite element implementation may be able to extend the multi scale method further or utilize some features of the multiscale method in their own applications.
The burnup equation of nuclides is one of the most equations in nuclear reactor physics, which is generally coupled with transport calculations. The burnup equation describes the variation of the nuclides with time. Because of its very stiffness and the need for large time step, this equation is solved by special methods, for example transmutation trajectory analysis (TTA) or the matrix exponential methods where the matrix exponential is approximated by CRAM. However, TTA or CRAM functions well when the flux is constant. In this work, a new method is proposed when the flux changes. It's an improved method compared to TTA or CRAM. Furtherly, this new method is based on TTA or CRAM, and it is more accurate than them. The accuracy and efficiency of this method are investigated. Several cases are used and the results show the accuracy and efficiency of this method are great.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.3
no.2
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pp.137-144
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1983
Core walls for tall building is one of the structures to support lateral load. Since most structural elements used for resisting which ate relatively weak against torsion, it is important to investigate tosional effects in the analysis and design of tall buildings. Rutenberg proposed a more refined theory on the torsional analysis of core walls which can be used when the stiffness of lintel beams are small or large. In this paper a more refined method to analysis the torsion of core wall structures with variable cross sections and being subjected to arbitrarilly distributed load was suggested. To reduce complex and a great number of calculations and to enhance the generality and flexibility of application of this method, the discrete method using transfer matrix formulation was used. Then this method can be easily applied to irregular and variational sections, has no necessity to get particular solution for each of loading conditions, and the maximum size of matrix calculated is $4{\times}4$, which makes this approach more appropriate for design office calculations using comuters of any sizes or even desk calculators.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.2
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pp.125-135
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2011
The latest study for formulation of finite element method and computation techniques has progressed widely. The classical method in the formulation of frame elements for geometrically nonlinear analysis derives the geometric stiffness directly from the governing differential equation for bending with axial force. From the computational viewpoint of this paper, the most common approach is the finite element method. Commonly, the formulation of frame elements for geometrically nonlinear structures is based on appropriate interpolation functions for the transverse and axial displacements of the member. The formulation of flexibility-based elements, on the other hand, is based on interpolation functions for the internal forces. In this paper, a new method is used to suppose that interpolation functions for the displacements from the curvatures is Lagrangian interpolation. This paper derives flexibility matrix from that displacement functions and is considered the application of it. Using the flexibility matrix, this paper apply the program considered geometrically nonlinear analysis to common problems.
Sensor placement is a crucial aspect of bridge health monitoring (BHM) dedicated to accurately estimate and locate structural damages. In addressing this goal, a sensor placement framework based on the deflection influence line (DIL) analysis is here proposed, for the optimal design of damage detection-oriented BHM system. In order to improve damage detection accuracy, we explore the change of global stiffness matrix, damage coefficient matrix and DIL vector caused by structural damage, and thus develop a novel sensor placement framework based on the Fisher information matrix. Our approach seeks to determine the contribution of each sensing node to damage detection, and adopts a distance correction coefficient to eliminate the information redundancy among sensors. The proposed damage detection-oriented optimal sensor placement (OSP) method is verified by two examples: (1) a numerically simulated three-span continuous beam, and (2) the Pinghu bridge which has existing real damage conditions. These two examples verify the performance of the distance corrected damage sensitivity of influence line (DSIL) method in significantly higher contribution to damage detection and lower information redundancy, and demonstrate the proposed OSP framework can be potentially employed in BHM practices.
Jo, Jun-Hyeon;Ryu, Keun;Kim, Chang-Ho;Lee, Yong-Bok
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.677-684
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2004
This paper describes a method for identifying the dynamic characteristics of air foil bearings for high speed turbomachinerys with the LS/IV method. In fact identifying the characteristics of air foil bearings is very difficult work, and it is tried to identify it. Experiments were conducted to determine the structural dynamic and hydrodynamic characteristics of air foil bearings. Numerical predictions compare the static and dynamic force performances. The housing of the bearing on the journal was driven by the impact hammer which were used to simulate impact force acting on air foil bearings. The characteristics of air foil bearings were extracted from the frequency response function (FRF) by LS(Least Square) method and IV(Instrumental Variable) method. The experiment was tested at 0 rpm and $10000\sim16000rpm$. And the test results were introduced about the dynamic characteristics of air foil bearings, and also compared with theoritical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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