KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.3
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pp.241-248
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1987
The theoretical backgrounds of the several methods were surveyed and reviewed to fin out the adequate one to determine equivalent modal damping values in solving the dynamic problem of soil-structure interaction by mode superposition method. Furthermore the rigorous damping matrix of equation of motion was obtained through component mode synthesis technique and used in direct integration of the equation. The analytical results by direct integration method were compared with those of mode superposition approach using the various sets of equivalent modal damping values calculated by the methods to be reviewed. Two types of superstructures and four kinds of subsurface conditions were considered and combined to make soil-structure coupled models. It was realized that dissipating energy method gives the equivalent modal damping values which lead the most similar results to direct integration ones. In case of fixed base, the responses of all methods except stiffness weighted approach are almost equal to those of direct integration method.
A novel family of controllable, dissipative structure-dependent integration methods is derived from an eigen-based theory, where the concept of the eigenmode can give a solid theoretical basis for the feasibility of this type of integration methods. In fact, the concepts of eigen-decomposition and modal superposition are involved in solving a multiple degree of freedom system. The total solution of a coupled equation of motion consists of each modal solution of the uncoupled equation of motion. Hence, an eigen-dependent integration method is proposed to solve each modal equation of motion and an approximate solution can be yielded via modal superposition with only the first few modes of interest for inertial problems. All the eigen-dependent integration methods combine to form a structure-dependent integration method. Some key assumptions and new techniques are combined to successfully develop this family of integration methods. In addition, this family of integration methods can be either explicitly or implicitly implemented. Except for stability property, both explicit and implicit implementations have almost the same numerical properties. An explicit implementation is more computationally efficient than for an implicit implementation since it can combine unconditional stability and explicit formulation simultaneously. As a result, an explicit implementation is preferred over an implicit implementation. This family of integration methods can have the same numerical properties as those of the WBZ-α method for linear elastic systems. Besides, its stability and accuracy performance for solving nonlinear systems is also almost the same as those of the WBZ-α method. It is evident from numerical experiments that an explicit implementation of this family of integration methods can save many computational efforts when compared to conventional implicit methods, such as the WBZ-α method.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.3
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pp.232-248
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2009
Numerical methodology to solve ship springing problem, which is basically fluid-structure interaction problem, was explored in this study. Solution of this hydroelasticity problem was sought by coupling higher order B-spline Rankine panel method and finite element method in time domain, each of which is introduced for fluid and structure domain respectively. Even though varieties of different combinations in terms of numerical scheme are possible and have been tried by many researchers to solve the problem, no systematic study regarding the characteristics of each scheme has been done so far. Here, extensive case studies have been done on the numerical schemes especially focusing on the iteration method, FE analysis of beam-like structure, handling of forward speed problem and so on. Two different iteration scheme, Newton style one and fixed point iteration, were tried in this study and results were compared between the two. For the solution of the FE-based equation of motion, direct integration and modal superposition method were compared with each other from the viewpoint of its efficiency and accuracy. Finally, calculation of second derivative of basis potential, which is difficult to obtain with accuracy within grid-based method like BEM was discussed.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.2
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pp.75-84
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2010
An in-cabinet response spectrum should be generated to perform the seismic qualification of devices and instruments mounted inside safety-related electrical equipment installed in nuclear power plants. The response spectrum is available by obtaining accurate seismic responses at the device mounting location of the cabinet. The dynamic behavior of most of electrical equipment may not be easily analyzed due to their complex mass and stiffness distributions. Considering these facts, this study proposes a procedure to estimate the seismic responses of a structure by a combination of a test and subsequent analysis. This technique firstly constructs the modal equations of the structure by using the experiment modal parameters obtained from the impact test. Then the seismic responses of the structure may be calculated by a mode superposition method. A simple steel frame structure was fabricated as a specimen for the validation of the proposed method. The seismic responses of the specimen were estimated by using the proposed technique and compared with the measurements obtained from the shaking table tests. The study results show that it is possible to accurately estimate the seismic response of the structure by using the experimental modal parameters obtained from the impact test.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.349-354
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2000
The modal analysis based on deformations is the method to drived dynamic responsed from superposition of natural frequency and mode shape. In order to free vibration analysis of the structures, Aluminum-made model is used in experiment. The dynamic characteristic of the structures are determined from acceleration measurements using impulse hammer. Experimenrt input and output signal are derive from impact hammer and the one accerometer. This paper present three methods for calculating the natural frequencies and mode shapes of the structure with theory value and finite element analysis, experiment. The results were good approximated about natural frequency and mode shape.
Rezvani, Mohammad Ali;Vesali, Farzad;Eghbali, Atefeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.5
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pp.713-734
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2013
Bridges are vital components of the railroads. High speed of travel, the periodic and oscillatory nature of the loads and the comparable vehicle bridge weight ratio distinguish the railway bridges from the road bridges. The close proximity between estimations by some numerical methods and the measured data for the bridge-vehicle dynamic response under the moving load conditions has boosted the confidence in the numerical analyses. However, there is hardly any report regarding the responses of the railway bridges under the effect of the trains entering from the opposite directions while running at unequal speed and having dissimilar geometries. It is the purpose of this article to present an analytical method for the dynamic analysis of the railway bridges under the influence of two opposing series of moving loads. The bridge structural damping and many modes of vibrations are included. The concept of modal superposition is used to solve for the system motion equations. The method of solution is indeed a computer assisted analytical solution. It solves for the system motion equations and gives output in terms of the bridge deflection. Some case studies are also considered for the validation of the proposed method. Furthermore, the effects of varying some parameters such as the distance between the bogies, and the bogie wheelset distance are studied. Also, the conditions of resonance and cancellation in the dynamic response for a variety of vehicle-bridge specifications are investigated.
An effective method to calculate aerodynamic loads and aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled structures in yaw condition is proposed. By a case study on a 5 MW large wind turbine, the finite element model of the wind turbine tower-blade coupled structure is established to obtain the modal information. The harmonic superposition method and modified blade-element momentum theory are used to calculate aerodynamic loads in yaw condition, in which the wind shear, tower shadow, tower-blade modal and aerodynamic interactions, and rotational effects are fully taken into account. The mode superposition method is used to calculate kinetic equation of wind turbine tower-blade coupled structure in time domain. The induced velocity and dynamic loads are updated through iterative loop, and the aeroelastic responses of large wind turbine tower-blade coupled system are then obtained. For completeness, the yaw effect and aeroelastic effect on aerodynamic loads and wind-induced responses are discussed in detail based on the calculating results.
Lee Young-Shin;Kim Yong-Jae;Choi Young-Jin;Kim Wol-Tae
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.373-383
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2005
The cask is used to transfer the radioactive material in various fields required to withstand hypothetical accident condition such as 9m drop impact in accordance with the requirement of the domestic requlations and IAEA. So far the impact force has been obtained by the finite element method with complex computational procedure. In this study, the dynamic impact response of the cask body is analyzed using the mode superposition method, and the analysis method is proposed. The results we also validated by comparing with previous experimental results and finite element analysis results. The present method Is simpler than finite element method and can be used to predict the global impact response of cask
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.130-135
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2003
This paper presents the method for structure borne noise analysis of a flexible body in multibody system. The proposed method is the superposition method using flexible muitibody dynamic analysis and finite element one. This method is executed in 3 steps. In the la step, time dependent quantities such as dynamic loads, modal coordinates ana gross body motion of the flexible body are calculated efficiently through flexible multibody dynamic analysis. And frequency response functions are computed using Fourier transforms of those time dependent quantities. In the 2$\^$nd/ step, acoustic pressure coefficients are obtained through structure-acoustic coupling analysis by finite element analysis. In the final step, frequency responses of acoustic pressure at the acoustic nodes are recovered through linear superposition of frequency response functions with acoustic pressure coefficients. The accuracy of the proposed method is verified in the numerical example of a simple car model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.299-309
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2018
Now that problems with force-based seismic design have been clearly identified, design is inclined toward displacement-based methods. One such widely used method is Direct-Displacement-Based Design (DDBD). Yet, one of the shortcomings of DDBD is considering higher-mode amplification of story shear, moments, and displacements using equations obtained from limited parametric studies of regular planar frames. In this paper, a different approach to account for higher-mode effects is proposed. This approach determines the lateral secant stiffness of the building frames that fulfill the allowable inter-story drift without exceeding the desired story displacements. Using the stiffness, an elastic response spectrum analysis is carried out to determine elastic higher-mode force effects. These force effects are then combined with DDBD-obtained first-mode force effects using the appropriate modal superposition method so that design can be performed. The proposed design procedure is verified using Nonlinear Time History Analysis (NTHA) of twelve planar frames in four categories accounting for mass and stiffness irregularity along the height. In general, the NTHA response outputs compared well with the allowable limits of the performance objective. Thus, it fulfills the aim of minimizing the use of NTHA for planar frame buildings, thereby saving computational resources and effort.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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