The design basis is being shifted from strength to deformation in modern performance-based design codes. This paper presents a practical method for optimization of eccentrically braced steel frames, based on the concept of uniform deformation theory (UDT). This is done by gradually shifting inefficient material from strong parts of the structure to the weak areas until a state of uniform deformation is achieved. In the first part of this paper, UDT is implemented on 3, 5 and 10 story eccentrically braced frames (EBF) subjected to 12 earthquake records representing the design spectrum of ASCE/SEI 7-10. Subsequently, the optimum strength-distribution patterns corresponding to these excitations are determined, and compared with four other loading patterns. Since the optimized frames have uniform distribution of deformation, they undergo less damage in comparison with code-based designed structures while having minimum structural weight. For further investigation, the 10 story EBF is redesigned using four different loading patterns and subjected to 12 earthquake excitations. Then a comparison is made between link rotations of each model and those belonging to the optimized one which revealed that the optimized EBF behaves generally better than those designed by other loading patterns. Finally, efficiency of each loading pattern is evaluated and the best one is determined.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.1
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pp.145-156
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1993
An improved analysis model for material nonlinearity induced by elasto-plastic deformation and damage including large strain response was proposed. The elasto-plastic-damage constitutive model based on the continuum damage mechanics approach was adopted to overcome limitations of the conventional plastic theory, which can manage the anisotropic tonsorial damages evolved during time-independent plastic deformation process of materials. Updated Lagrangian finite element formulation for elasto-plastic damage coupling problem including large deformation, large rotation and large strain problems was completed to develop a numerical model which can predict all kinds of structural nonlinearities and damage rationally. Finally, a finite element analysis code for the 2-dimensional plane problem was developed and the applicability and validity of the numerical model was investigated through some numerial examples. Calculations showed reasonable results in both geometrical nonlinear problem due to large deformation and material nonlinearity including the damage effect.
In most self-center braces, decreasing residual deformation is possible only by increasing pretension force, which results in lower energy dissipation capacity. On the other hand, increasing energy dissipation capacity means higher values of residual deformation. The goal of this research was to find the best design for a self-centering buckling restrained brace (SC-BRB) system by balancing self-centering capability and energy dissipation. Three, six, and nine-story structures were investigated using OpenSees software and the TCL programming language to achieve this goal. For each height, 62 different SC-BRBs were considered using different values for the pretension force of cables, the area of the buckling restrained brace (BRB) core plate, and the yield stress of the core plate. The residual deformation and dissipated energy of all the models were calculated using nonlinear analyses after cyclic loading was applied. The optimum design for each height was determined among all the models and was compared to the structure equipped with the usual BRB. The residual deformation of the framed buildings was significantly reduced, according to the findings. Also the reduction of the energy dissipation was acceptable. The optimum design of SC-BRB in 6-story building has the most reduction percent in residual deformation, it can reduce residual deformation of building 83% while causing only a 57% of reduction in dissipated energy. The greatest reduction in residual deformation versus dissipated energy reduction was for the optimum SC-BRB design of 9-story building, results indicated that it can reduce residual deformation of building 69% while causing only a 42% of reduction in dissipated energy.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.3
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pp.143-150
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2002
The characteristics of rubber cup seal is highly nonlinear due to the nature of the material's non-linearity and large deformation with frictional contact. And the performance of sealing in master cylinders of automobile is one of the most important factors which affects the safety of drivers. The effects of various shape of the primary cup seal in clutch master cylinder was investigated to reduce oil leakage and to obtain a long reliable life. Deformation and distribution of stresses on the primary cup seal against hydraulic oil pressure were analyzed with changing design parameters such as depth and radius in cup-seal. The obtained results indicate that the depth of cup seal plays a major role on deformation resulting in the sealing force to the wall of clutch master cylinder.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.2982-2994
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1993
Low-velocity impact responses of composite laminates are investigated using the finite element method based on various theories. In two-dimensional nonlinear analysis, a displacement field considering higher order shear deformation and large deflection of the laminate is assumed and a finite element formulation is developed using a C$^{o}$-continuous 9-node plate element. Also, three-dimensional linear analysis based on the infinitesimal strain-displacement assumptions is performed using 8-node brick elements with incompatible modes. A modified Hertzian contact law is incorporated into the finite element program to evaluate the impact force. In the time integration, the Newmark constant acceleration algorithm is used in conjuction with successive iterations within each time step. Numerical results from static analysis as well as the impact response analysis are presented including impact force histories, deflections, strains in the laminate. Impact responses according to two typical low-velocity impact conditions are compared each other.
Although much research has been conducted to reduce the thickness of PET bottles in order to save manufacturing costs, the challenge remains of guaranteeing mechanical strength for top-loaded thin PET bottles. The current study investigates the large deformation characteristics of a circle shaped PET bottle and a square shaped PET bottle when compressively loaded using FEA. The arc length method is used in the nonlinear FEA to understand the buckling phenomenon. For PET bottles with the same capacity, the circle shaped bottle shows more resistance to buckling and compression loading than the square shaped bottle.
Kim, Yong;Lee, Seong-Wook;Han, Dong-Seop;Han, Geun-Jo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.4
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pp.76-80
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2007
Two roll straightener showed the remarkable improvement in straightness betterment of the bar compared with other types of straightener. So, in this study we designed a two-cross straightener curvature for the straightness improvement of a bar and contact sections with respect to the variation of the gap between two-cross roll using nonlinear contact analysis. The Displacement in terms of a intersection angle between roll and bar was predicted on with the effect of a straightness and plastic deformation behaviors of the bar according to the roll drive of a two cross-roll straightener.
The effect of static preload on the dynamic properties of rubber materials is rather important, especially when good isolation characteristics are required at high frequencies. However, there are still few papers for dynamic characteristics of compressed rubber components. It was demonstrated in reference (4) that for bonded rubber material of a cylindrical shape, a simplified theory equation between linear dynamic and nonlinear static behavior of rubber material was useful to predict their combined effects. This paper presents the second part of the study. It is confirmed that for the compressed rubber material, the stress can be factored into a function of frequency and a function of strain(stretch). The finite element methodis applied to analyze non-linear large deformation of rubber material and its results are compared with those of a simplified theory equation. The predicted dynamic material properties based on non-linear static finite element analyses have a good agreement of experimental results and those based on simplified theory equation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.7
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pp.659-666
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2012
A nonlinear dynamic model for the shaft-disk-blade unit is developed in this study. In this regard, the rotating flexible blade, with a pre-twist angle, attached to a rigid disk driven by a shaft which is flexible in torsion is developed. The rotor-blade coupled model is derived using Lagrange equation in conjunction with the assumed mode method to discretize the blade deformation. The equations of motion are analyzed based on the small deformation theory for the blade and shaft torsional deformation to obtain the system natural frequencies for various system parameters.
Protection of structures against natural hazards such as earthquakes has always been a major concern. Semi-active control combines the reliability of passive control and versatility and adaptability of active control. So it has recently become a preferred control method. This paper proposes an algorithm based on Uniform Deformation Theory to mitigate vulnerable buildings using magneto-rheological (MR) damper. Due to the successful performance of fuzzy logic in control of systems and its simplicity and intrinsically robustness, it is used here to regulate MR dampers. The particle swarm optimization (PSO) algorithm is also used as an adaptive method to develop a fuzzy control algorithm that is able to create uniform inter-story drifts. Results show that the proposed algorithm exhibited a desirable performance in reducing both linear and nonlinear seismic responses of structures. Performance of the presented method is indicated in compare with passive-on and passive-off control algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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