Exterior plate-column connection has an unsymmetrical critical section for eccentric shear of which perimeter is less than that of interior connection, and hence, around the connection, unbalanced moment and eccentric shear are developed by both gravity load and lateral loads. Therefore, exterior connection is susceptible to punching shear failure. Current design provision cannot accurately explain strength of existing experiments, partly due to the complexity in the behavior of exterior plate-column connection, or partly due to the theoretical deficiency of the strength analysis model adopted. In the present study, nonlinear finite element analyses were performed for exterior connections belonging to continuous flat plate. For each direction of lateral load, the behavior and strength of exterior plate-column connection were quite different. Based on the numerical result, strength prediction model for exterior connection was proposed for each direction of lateral load. Compared with existing experiments, the proposed method was verified.
Flat plate structures subjected to lateral load have less deformability than conventional moment frames, due to the brittle failure of plate-column connection. In the present study, parametric study using nonlinear finite element analysis was performed to investigate the deformability of flat plates. The numerical results show that as number of continuous spans increases, the deformability of flat plates considerably decreases. Therefore, existing experiments using sub-assemblages with 1 or 2 spans may overestimate the deformability of flat plates, and current design provisions based on the experiments may not be accurate in estimating the deformability. A design method estimating the deformability was developed on the basis of numerical results, and verified by comparison with existing experiment. In the proposed method, the effects of primary design parameters such as direct shear force, punching shear capacity, aspect ratio of connection, number of spans, and initial stiffness of plate can be considered.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.345-351
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2003
Due to increasing legal and market demands for safety in the automotive design process, the design of integrated seat is important more and mote because it should satisfy the conflict between stronger and lower weight for safety and environmental demands. In this study for crash simulations, the numerical simulations have been carried out using the explicit finite element program LS-Dyna according to the FMVSS 210 standard for safety test of seat. Since crash simulations are very time-consuming and a series of simulations that does not lead to a better result is very costly, the optimization method must be both efficient and reliable. As a result of that, statistical approaches such as design of experiments and response surface model have been successfully implemented to reduce time-consuming LS-Dyna simulations and optimize the safety and environmental demands together with nonlinear optimization algorithm. Design of experiments is used lot exploring the design space of maximum displacement and total weight and for building response surface models in order to minimize the maximum displacement and total weight of integrated seat.
In this study, the dynamic characteristics of an air spring connected with an external chamber through a flexible tube are examined. The uncoupled dynamic parameters of the air spring are identified through experiments, followed by the suggestion of a model-based approach to obtain the remaining coupled dynamic parameters using the various frequency response functions derived in PART I paper [1]. To improve or control the damping characteristics of the air spring, this vibration isolation air spring system is physically established in laboratory scale. And we attempt to identify various parameters used to describe to air spring system by both theoretically [1] and experimentally, which is performed in this report. The damping parameter of the tube system is identified through experiments on the system incorporated with the air cylinder, and a nonlinear regression procedure is employed to find solutions. The resulting value is used to expect the frequency response function of dynamic pressure in the top chamber (air spring) with respect to that in the bottom chamber (external chamber). Comparison with the experimental data supports the validity of the present estimation procedures. Also, the dynamic mechanism of the damping effects particularly in a low frequency range is investigated through this experimental endeavor.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.2
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pp.222-228
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2012
Haptics and virtual reality are rapidly growing technologies in medical fields. Physicians and nurses can benefit from medical simulation via training and acquire surgical and clinical techniques. In this paper, the research on needle insertion force of biological tissue for haptic based intravenous injection simulator was carried out. We built the setup for needle insertion (intravenous injection) experiments and performed the experiments on live pigs. The force responses against needle insertion were measured using the experimental setup. In addition, the modeling of needle insertion force was carried out with the experimental results and numerical models via nonlinear least-squares method. The results presented in this paper indicate that the developed models can be applied not only to estimate the force feedback during intravenous injection procedure but also to improve the overall training quality of the medical simulator.
An experimental model which considers post-peak behaviors and pre-peak damage characteristics representing changes of elastic moduli in each damage level was developed. From experiments, some damage thresholds of rocks were determined, and regression analyses were carried out in order to represent changes of elastic moduli in each damage level as functions of confining pressure. In addition, it was intended to simulate post-peak behaviors with Hoek-Brown constants, $m_r\;and\;s_r$ for post-failure. The developed experimental model was implemented into $FLAC^{2D}$ by a FISH function. From results of parametric studies on Hoek-Brown constants for post-peak, it was revealed that uniaxial compressive strength more highly depends upon $s_r$, although it depends on both $m_r\;and\;s_r$. It was also shown that the post-peak slopes of stress-stain curves depend mainly on $m_r$. When the optimum models obtained from parametric studies were applied to numerical analysis, they predicted maximum strengths obtained from experiments and well simulated stiffness changes due to damage levels.
Parol, Jafarali;Ben-Nakhi, Ammar;Al-Sanad, Shaikha;Al-Qazweeni, Jamal;Al-Duaij, Hamad J.;Kamal, Hasan
Structural Engineering and Mechanics
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v.72
no.3
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pp.383-393
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2019
Horizontal openings in reinforced concrete (RC) beams are quite often used to accommodate service pipelines. Several research papers are available in the literature describing their effect. RC beams with vertical openings are commonly used to accommodate service lines in residential buildings in Kuwait. However, there are lack of design guidelines and best practices reported in the literature for RC beams with vertical openings, whereas the detailed guidelines are available for beams with horizontal openings. In the present paper, laboratory experiments are conducted on nine RC beams with and without vertical openings. Parametric study has been carried out using nonlinear finite element analysis (FEA) with changes in the diameter of the opening, various positions of the opening along the length and width of the beam, edge distance, etc. 50 finite element simulations were conducted. The FEA results are verified using the results from the laboratory experiments. The study showed that the load carrying capacity of the beam is reduced by 20% for the RC beam with vertical openings placed near the center of the beam compared to a solid beam without an opening. Significant reduction in load carrying capacity is observed for beams with an opening near the support (${\approx}15%$). The overall stiffness of the beam, crack pattern and failure modes were not affected due to the presence of the vertical opening. Furthermore, an artificial neural network (ANN) analysis is carried out using the FEA generated data. The results and observations from the ANN and FEA are in good agreement with experimental results.
Thermoforming is a plastic manufacturing process that applies a force to stretch a film of heated thermoplastic material over an engineered mold to create a 3-dimensional shape. After forming, the shaped part can then be trimmed and finished to specification to meet an end-user's requirements. The process and thermoplastic materials are extremely versatile and can be utilized to manufacture parts for a very wide range of applications. In this study, based on K-BKZ nonlinear viscoelastic model, thermoforming process analysis was performed for an interior room-lamp. The predicted thickness was minimum at the corner of a molded film, and maximum at the center of the bottom. By using the Taguchi method of design of experiments, the effects of process conditions on residual stresses were investigated. The dominant factors were the liner thickness and the film heating time. As the thickness of the liner increased, the residual stress decreased. And it was found that the residual stress decreased significantly when the film heating temperature was higher than the glass transition temperature. A thermoforming mold and a trimming mold were manufactured, and the spring back was investigated through experiments. The dominant factors were film heating time, liner thickness, and lower mold temperature. As the film heating time and liner thickness increased, the spring back decreased. In addition, it was found that the spring back decreased as the lower mold temperature increased.
Hao Dong;Yue Bi;Bing-Xing Ren;Zhen-Bin Liu;Yue, Li
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.4
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pp.389-403
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2023
In order to explore the influence of tooth root cracks on the dynamic characteristics of multi-stage planetary gear transmission systems, a concentrated parameter method was used to construct a nonlinear dynamic model of the system with 30-DOF in bending and torsion, taking into account factors such as crack depth, length, angle, error, time-varying meshing stiffness (TVMS), and damping. In the model, the energy method was used to establish a TVMS model with cracks, and the influence of cracks on the TVMS of the system was studied. By using the Runge- Kutta method to calculate the differential equations of system dynamics, a series of system vibration diagrams containing cracks were obtained, and the influence of different crack parameters on the vibration of the system was analyzed. And vibration testing experiments were conducted on the system with planetary gear cracks. The results show that when the gear contains cracks, the TVMS of the system will decrease, and as the cracks intensify, the TVMS will decrease. When cracks appear on the II-stage planetary gear, the system will experience impact effects with intervals of rotation cycles of the II-stage planetary gear. There will be obvious sidebands near the meshing frequency doubling, and the vibration trajectory of the gear will also become disordered. These situations will become more and more obvious as the degree of cracks intensifies. Through experiments, the theoretical results are in good agreement with experimental results, verifying the correctness of the theoretical model. This provides a theoretical basis for fault diagnosis and reliability research of the system.
For general nonlinear processes, it is difficult to control with a linear model-based control method and nonlinear controls are considered. Among the numerous approaches suggested, the most rigorous approach is to use dynamic optimization. Many general engineering problems like control, scheduling, planning etc. are expressed by functional optimization problem and most of them can be changed into dynamic programming (DP) problems. However the DP problems are used in just few cases because as the size of the problem grows, the dynamic programming approach is suffered from the burden of calculation which is called as 'curse of dimensionality'. In order to avoid this problem, the Neuro-Dynamic Programming (NDP) approach is proposed by Bertsekas and Tsitsiklis (1996). To get the solution of seriously nonlinear process control, the interest in NDP approach is enlarged and NDP algorithm is applied to diverse areas such as retailing, finance, inventory management, communication networks, etc. and it has been extended to chemical engineering parts. In the NDP approach, we select the optimal control input policy to minimize the value of cost which is calculated by the sum of current stage cost and future stages cost starting from the next state. The cost value is related with a weight square sum of error and input movement. During the calculation of optimal input policy, if the approximate cost function by using simulation data is utilized with Bellman iteration, the burden of calculation can be relieved and the curse of dimensionality problem of DP can be overcome. It is very important issue how to construct the cost-to-go function which has a good approximate performance. The neural network is one of the eager learning methods and it works as a global approximator to cost-to-go function. In this algorithm, the training of neural network is important and difficult part, and it gives significant effect on the performance of control. To avoid the difficulty in neural network training, the lazy learning method like k-nearest neighbor method can be exploited. The training is unnecessary for this method but requires more computation time and greater data storage. The pH neutralization process has long been taken as a representative benchmark problem of nonlin ar chemical process control due to its nonlinearity and time-varying nature. In this study, the NDP algorithm was applied to pH neutralization process. At first, the pH neutralization process control to use NDP algorithm was performed through simulations with various approximators. The global and local approximators are used for NDP calculation. After that, the verification of NDP in real system was made by pH neutralization experiment. The control results by NDP algorithm was compared with those by the PI controller which is traditionally used, in both simulations and experiments. From the comparison of results, the control by NDP algorithm showed faster and better control performance than PI controller. In addition to that, the control by NDP algorithm showed the good results when it applied to the cases with disturbances and multiple set point changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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