The decentralized static output feedback design problem is considered. A constrained trust region method is developed that solves this optimal control problem when a complete set of state variables is not available. The considered problem is interpreted as a non-linear (non-convex) constrained matrix optimization problem. Then, a decentralized constrained trust region method is developed for this problem class exploiting the diagonal structure of the problem and using inexact computations. Finally, numerical results are given for the proposed method.
Mercan, Bulent;Stolarski, Henryk K.;Schultz, Arturo E.
Computers and Concrete
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v.18
no.1
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pp.17-37
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2016
This paper compares the arc-length and explicit dynamic solution methods for nonlinear finite element analysis of prestressed concrete members subjected to monotonically increasing loads. The investigations have been conducted using an L-shaped, prestressed concrete spandrel beam, selected as a highly nonlinear problem from the literature to give insight into the advantages and disadvantages of these two solution methods. Convergence problems, computational effort, and quality of the results were investigated using the commercial finite element package ABAQUS. The work in this paper demonstrates that a static analysis procedure, based on the arc-length method, provides more accurate results if it is able to converge on the solution. However, it experiences convergence problems depending upon the choice of mesh configuration and the selection of concrete post-cracking response parameters. The explicit dynamic solution procedure appears to be more robust than the arc-length method in the sense that it provides acceptable solutions in cases when the arc-length approach fails, however solution accuracy may be slightly lower and computational effort may be significantly larger. Furthermore, prestressing forces must be introduced into the finite element model in different ways for the explicit dynamic and arc-length solution procedures.
It is known that retaining walls were severely damaged as well in the most recent earthquakes having occurred in the countries in the active seismic belts of the world. This damage can be ascribed to the calculation methods used for the designs of retaining walls in the event of their constructions and employment having been accurately carried out. Generally simplified pseudo-static methods are used in the analysis of retaining walls with analytical methods and soil-structure interaction are not considered. In view of these circumstances, in this article by taking soil interaction into consideration, linear and nonlinear behaviours of retaining walls are analyzed with the assistance of LUSAS which is one of the structural analysis programs. This investigations are carried out per LUSAS which employs the finite element method as to the Erzincan (1992) Earthquake North-South component and the obtained findings are compared with the ones obtained from the method suggested in Eurocode-8, which is still effective today, and Mononobe-Okabe method. Not only do the obtained results indicate the distribution and magnitude of soil pressures are depend on the filling soil but on the foundation soil as well and nonlinear effects should be considered in designs of these walls.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.267-274
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2000
Current seismic design codes for building structures are based on the method which can provide enough capacity to satisfy objected performance level and exactly evaluate the seismic performance of buildings. The capacity spectrum method using the nonlinear static(pushover) analysis is becoming a popular tool for evaluating the seismic performance of existing and new building structures. By means of a graphical procedure capacity spectrum method esimates the performance level of structure by comparing the capacity of structure with the demand of earthquake ground motion on the structure. In the method the relation between base shear estimated by a nonlinear static analysis and horizontal displacement is used. Capacity spectrum is usually expressed as what represent the responses of the equivalent single degree of freedom (ESDOF) system for the building structures. However there are some problems in converting procedures into ESDOF system which include not considering the effect of higher modes of structures. The objective of this paper is to compare and verify existing methods and suggest the modified capacity spectrum for seismic performance evaluation of building structures.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.4
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pp.495-505
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2008
This paper describes modeling Voltage Sourced Inverter (VSI) type Flexible AC Transmission System (FACTS) controllers and control methods for power system dynamic stability studies. The considered FACTS controllers are the Static Compensator (STATCOM), the Static Synchronous Series Compensator (SSSC), and the Unified Power Flow Controller (UPFC). In this paper, these FACTS controllers are derived in the current injection model, and it is applied to the linear and nonlinear analysis algorithm for power system dynamics studies. The parameters of the FACTS controllers are set to damp the inter-area oscillations, and the supplementary damping controllers and its control schemes are proposed to increase damping abilities of the FACTS controllers. For these works, the linear analysis for each FACTS controller with or without damping controller is executed, and the dynamic characteristics of each FACTS controller are analyzed. The results are verified by the nonlinear analysis using the time-domain simulation.
The non-linear static and dynamic response of doubly curved thin isotropic shells has been studied for the step and sinusoidal loadings. Dynamic analogues Von Karman-Donnel type shell equations are used. Clamped immovable and simply supported immovable boundary conditions are considered. The governing nonlinear partial differential equations of the shell are discretized in space and time domains using the harmonic differential quadrature (HDQ) and finite differences (FD) methods, respectively. The accuracy of the proposed HDQ-FD coupled methodology is demonstrated by the numerical examples. Numerical examples demonstrate the satisfactory accuracy, efficiency and versatility of the presented approach.
It generally accepted that most building structures shall exhibit a nonlinear response when subjected to medium-high intensity earthquakes. It is currently known, however, that this phenomenon is not properly modelled in the majority of cases, especially at the design stage, where only simple linear methods have effectively been used. Recently, as a result of the exponential progress of computational tools, nonlinear modelling and analysis have gradually been brought to a more promising level. A wide range of modelling alternatives developed over the years is hence at the designer's disposal for the seismic design and assessment of engineering structures. The objective of the study presented herein is to test some of these models in an existing structure, and observe their performance in nonlinear static and dynamic analyses. This evaluation is done by the use of two of a known range of advanced computer programs: SAP2000 and SeismoStruct. The different models will focus on the element flexural mechanism with both lumped and distributed plasticity element models. In order to appraise the reliability and feasibility of each alternative, the programs capabilities and the amount of labour and time required for modelling and performing the analyses are also discussed. The results obtained show the difficulties that may be met, not only in performing nonlinear analyses, but also on their dependency on both the chosen nonlinear structural models and the adopted computer programs. It is then suggested that these procedures should only be used by experienced designers, provided that they are aware of these difficulties and with a critical stance towards the result of the analyses.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.3
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pp.121-128
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2020
In this paper, the ASCE 7 equivalent static approach for seismic design of non-structural elements is critically evaluated based on the measured floor acceleration data, theory of structural dynamics, and linear/nonlinear dynamic analysis of three-dimensional building models. The analysis of this study on the up-to-date database of the instrumented buildings in California clearly reveals that the measured database does not well corroborate the magnitude and the profile of the floor acceleration as proposed by ASCE 7. The basic flaws in the equivalent static approach are illustrated using elementary structural dynamics. Based on the linear and nonlinear dynamic analyses of three-dimensional case study buildings, it is shown that the magnitude and distribution of the PFA (peak floor acceleration) can significantly be affected by the supporting structural characteristics such as fundamental period, higher modes, structural nonlinearity, and torsional irregularity. In general, the equivalent static approach yields more conservative acceleration demand as building period becomes longer, and the PFA distribution in long-period buildings tend to become constant along the building height due to the higher mode effect. Structural nonlinearity was generally shown to reduce floor acceleration because of its period-lengthening effect. Torsional floor amplification as high as 250% was observed in the building model of significant torsional irregularity, indicating the need for inclusion of the torsional amplification to the equivalent static approach when building torsion is severe. All these results lead to the conclusion that, if permitted, dynamic methods which can account for supporting structural characteristics, should be preferred for rational seismic design of non-structural elements.
The MEMS structures usually are made from silicon; consideration of the viscoelastic effect in microbeams duo to the phenomena of silicon creep is necessary. Application of the fractional model of microbeams made from viscoelastic materials is studied in this paper. Quasi-static and dynamical responses of an electrically actuated viscoelastic microbeam are investigated. For this purpose, a nonlinear finite element formulation of viscoelastic beams in combination with the fractional derivative constitutive equations is elucidated. The four-parameter fractional derivative model is used to describe the constitutive equations. The electric force acting on the microbeam is introduced and numerical methods for solving the nonlinear algebraic equation of quasi-static response and nonlinear equation of motion of dynamical response are described. The deflected configurations of a microbeam for different purely DC voltages and the tip displacement of the microbeam under a combined DC and AC voltages are presented. The validity of the present analysis is confirmed by comparing the results with those of the corresponding cases available in the literature.
Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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