This paper investigated the dispersion characteristics of horizontal surface waves as means to apply conversional SASW techniques. To verify this proposal, 3D finite element analysis and Transfer matrix solution were performed. SH wave(Love waves) has the some advantages in comparison with Rayleigh wave. Representatively, Love wave has a characteristics not affected by compression wave. These characteristics have the robust applicability for the surface wave investigation techniques. In this study, for the purpose of employing Love wave in the SASW method, the dispersion characteristics of the Love wave was extensively investigated by the theoretical and numerical approaches. The 3-D finite element and transfer matrix analyses for the half space and two-layer systems were performed to determine the phase velocities from Love wave as well as from both the vertical and the horizontal components of Rayleigh wave. Preliminary, numerical simulations and theoretical solutions indicated that the dispersion characteristics of horizontal surface wave(Love waves) can be sufficiently sensitive and appliable to SASW techniques.
In order to improve the crane-hook's performance and service life, we formulate a multi-criteria shape design problem considering practical conditions. The structural weight, the displacement at specified points and the induced matrix norm of stiffness matrix are adopted as the evaluation items to be minimized. The heights and widths of cross-section are chosen as the design variables. The design variables are expressed in terms of shape functions based on the Gaussian function. For this multi-objective optimization problem with three items, we utilize a multi-objective evolutionary algorithm, that is, the multi-objective Particle Swarm Optimization (MOPSO). As a common feature of obtained solutions, the side views are tapered shapes similar to those of actual crane-hook designs. The evaluation item values of the obtained designs demonstrate importance of the present optimization as well as the feasibility of the proposed optimal design approach.
Cheng, Xionghao;Shi, Duanwei;Li, Hongxiang;Xia, Re;Zhang, Yang;Zhou, Ji
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.5
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pp.583-594
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2018
A theoretical formulation based on the linearized potential theory, the Descartes' rule and the extremum optimization method is presented to calculate the critical distance of lifting points of the fully balanced hoist vertical ship lift, and to study pitching stability of the ship lift. The overturning torque of the ship chamber is proposed based on the Housner theory. A seven-free-degree dynamic model of the ship lift based on the Lagrange equation of the second kind is then established, including the ship chamber, the wire rope, the gravity counterweights and the liquid in the ship chamber. Subsequently, an eigenvalue equation is obtained with the coefficient matrix of the dynamic equations, and a key coefficient is analyzed by innovative use of the minimum optimization method for a stability criterion. Also, an extensive influence of the structural parameters contains the gravity counterweight wire rope stiffness, synchronous shaft stiffness, lifting height and hoists radius on the critical distance of lifting points is numerically analyzed. With the Runge-Kutta method, the four primary dynamical responses of the ship lift are investigated to demonstrate the accuracy/reliability of the result from the theoretical formulation. It is revealed that the critical distance of lifting points decreases with increasing the synchronous shaft stiffness, while increases with rising the other three structural parameters. Moreover, the theoretical formulation is more applicable than the previous criterions to design the layout of the fully balanced hoist vertical ship lift for the ensuring of the stability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.1
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pp.366-375
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1991
In this study, vibrational behavior of uniform pipe carrying a moving medium is studied by using a transfer matrix and the displacement function derived from the conventional beam theory. In various boundary conditions, flow velocity and mechanical property change of the variation of natural frequency are investigated. The Coriolis term in the original differential equation of motion has been ignored in the investigation. This method is used to study the variation of natural frequency with flow velocity for clamped-clamped, cantilevered, clamped-pinned, pinned-pinned, free-free straight pipe element. It is shown that clamped-clamped, free-free pipe have the highest natural frequency and critical velocity values while cantilevered pipe have the smallest natural frequency for the same mechanical properties. From the vibration effects of mechanical property variation, it is shown that bending stiffness and pipe length variation has large influence on natural frequency and critical velocity. Since the order of transfer matrix is not changed with boundary conditions of pipe element, this method proposed can be easily applied to personal-computer for vibration analysis of pipe element. Furthermore, this method can be extended to three-dimensional system by using a coordinate transformation for the analysis of piping systems.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.34
no.10
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pp.379-383
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1985
A method employing infinite elements is described for the magnetic field computations of the magnetic circuits with permanent magnet. The system stiffness matrix is derived by a variational approach, while the interfacial boundary conditions between the finite element regions and the infinite element regions are dealt with using collocation method. The proposed method is applied to a simple linear problems, and the numerical results are compared with those of the standard finite element method and the analytic solutions. It is observed that the proposed method gives more accurate results than those of the standard finite element method under the same computing efforts.
Park Ki-Jong;Kwon Yong-Deok;Song Kee-Nam;Park Gyung-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.1
s.244
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pp.66-75
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2006
Nonlinear response structural optimization using equivalent static loads (NROESL) has been proposed. Nonlinear response optimization is solved by sequential linear response optimization with equivalent static loads which are generated from the nonlinear responses and linear stiffness matrix. The linear stiffness matrix should be obtained in NROESL, and this process can be fairly difficult for some applications. Proportional transformation of loads (PTL) is proposed to overcome the difficulties. Equivalent static loads are obtained by PTL. It is the same as NROESL except for the process of calculating equivalent static loads. PTL is developed for large-scale probems. First, linear and nonlinear responses are evaluated from linear and nonlinear analyses, respectively. At a DOF of the finite element method, the ratio of the two responses is calculated and an equivalent static load is made by multiplying the ratio and the loads for linear analysis. Therefore, the mumber of the equivalent static loads is as many as that of DOF's and an equivalent static load is used with the reponse for the corresponding DOF in the optimization process. All the equivalent static loads are used as multiple loading conditions during linear response optimization. The process iterates until it converges. Examples are solved by using the proposed method and the results are compared with conventional methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1104-1111
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1990
A method to identify nonlinear elements position of a nonlinear system is presented. Nonlinear elements position can be identified by an equivalent error damping and stiffness matrices which are based on the equivalent linearization technique. The procedures of this technique are: (1) Obtain input force and system response. (2) Define error between the actual and linearized restoring forces. (3) Calculate linearized damping and stiffness coefficients to minimize the square error sum. Several examples are tested and found that these methods are very effective not only to locate the nonlinear elements position but also to identify the degree of nonlinearity qualitatively. Nonlinear type can be qualitatively identified by examining the plots of restoring force vs equivalent state values.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.183-190
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2001
Topology optimization. has been evolved into a very efficient conceptual design tool and has been utilized into design engineering processes in many industrial parts. In recent years, topology optimization has become the focus of structural optimization design and has been researched and widely applied both in academy and industry. Traditional topology optimization has been using homogenization method and optimality criteria method. Homogenization method provides relationship equation between structure which includes many holes and stiffness matrix in FEM. Optimality criteria method is used to update design variables while maintaining that volume fraction is uniform. Traditional topology optimization has advantage of good convergence but has disadvantage of too much convergency time and additive checkerboard prevention algorithm is needed. In one way to solve this problem, element remove method is presented. Then, it is applied to many examples. From the results, it is verified that the time of convergence is very improved and optimal designed results is obtained very similar to the results of traditional topology using 8 nodes per element.
The performance for the algorithm of the arc length method has been examined in terms of the choice of the tangential stiffness matrix through the analysis for the snap buckling phenomenon of the arch beam. The curved beam element with 2 nodes including shear effect has been formed by strain element technique and then it has been used in this nonlinear analysis. Snap-through characteristics has been examined with respect to the ratios of the arch beam length to hight.
This work presents a direct integration scheme, based on a fourth order finite difference approach, for elastodynamics. The proposed scheme was chosen as an alternative for attenuating the errors due to the use of the central difference method, mainly when the time-step length approaches the critical time-step. In addition to eliminating the spurious numerical oscillations, the fourth order finite difference scheme keeps the advantages of the central difference method: reduced computer storage and no requirement of factorisation of the effective stiffness matrix in the step-by-step solution. A study concerning the stability of the fourth order finite difference scheme is presented. The Finite Element Method and the Boundary Element Method are employed to solve elastodynamic problems. In order to verify the accuracy of the proposed scheme, two examples are presented and discussed at the end of this work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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