Cold-formed steel (CFS) sections are becoming an increasingly popular solution for constructing floors in residential, healthcare and education buildings. Their reduced weight, however, makes them prone to excessive vibrations, increasing the need for accurate prediction of CFS floor modal properties. By combining experimental modal analysis of a full-scale CFS framed building and its floors and their numerical finite element (FE) modelling this paper demonstrates that the existing methods (based on the best engineering judgement) for predicting CFS floor modal properties are unreliable. They can yield over 40% difference between the predicted and measured natural frequencies for important modes of vibration. This is because the methods were adopted from other floor types (e.g., timber or standard steel-concrete composite floors) and do not take into account specific features of CFS floors. Using the adjusted and then updated FE model, featuring semi-rigid connections led to markedly improved results. The first four measured and calculated CFS floor natural frequencies matched exactly and all relevant modal assurance criterion (MAC) values were above 90%. The introduction of flexible supports and more realistic modelling of the floor boundary conditions, as well as non-structural $fa{\c{c}}ade$ walls, proved to be crucial in the development of the new more successful modelling strategy. The process used to develop 10 identified and experimentally verified FE modelling parameters is based on published information and parameter adjustment resulting from FE model updating. This can be utilised for future design of similar lightweight steel floors in prefabricated buildings when checking their vibration serviceability, likely to be their governing design criterion.
Han, Wanshui;Ma, Lin;Cai, C.S.;Chen, Suren;Wu, Jun
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.249-274
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2015
Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.709-712
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2008
RC super tall buildings are planned and constructed recently in domestic area. Concrete is characterized by time dependant material such as creep and shrinkage. For this properties of concrete, differential shortening is one of the main issues on super tall buildings construction. This study includes material research, which is performing as a pre design stage to solve differential shortening on Lotte Super Tower Jamsil core structure(50, 60, & 70 MPa). The major part of this study is composed with comparison and analysis between experimental data and predicted data on total shrinkage and total compliance which were used on design stage. Four models, ACI209R Model, Ba${\check{z}}$ant-Baweja B3 Model, CEB MC99 Model, & GL2000 Model, were employed to predict them. It also tries to seek a proper model for high strength and high performance concrete in the case of no concrete test.
Gas-liquid 2 phase processes are usually used in chemical, biochemical, environmental engineering and food process. For optimizing these processes, understanding bubble's precise movement and shape are needed. Bubble's movement and shape are effected by liquid's properties-viscosity, surface tension and bubble's properties-size, velocity. This paper deals with experimental data of bubble's movement and shape in high viscous silicone oil. Also, drag coefficient and deformation factor given by other researcher's papers and books are used to predicting and comparing bubble's terminal velocity, drag coefficient, deformation factor and shape with experimental value. Experimental data show that bubble moves faster when it moves in lower viscous silicone oil and it's drag coefficient is bigger when it moves in high viscous silicone oil. Bubble's shape is close to sphere when moving in high viscous silicone. Formulas proposed by Batchelor expect most accurate prediction for bubble's velocity and drag coefficient. Bubble's 2D shape predicted by Batchelor's energy balance, drag coefficient and deformation factor show excellent agreement with experimental bubble's 2D shape.
Non-Newtonian fluid mechanics takes charge of an important role in the oil industries. Especially in the oil well drilling process, the drilling fluid such as mud keeps the drill bit cool and clean during drilling, with suspending drill cuttings and lubricating a drill bit. The purpose of this study is to examine the effect of fluid mud rheological properties to predict different characteristics of non-Newtonian fluid in the mud mixing tank on offshore drilling platforms. In this paper, ANSYS fluent package was used for the simulation to solve the hydrodynamic force and to evaluate mud mixing time. Prediction of the power consumption and the pumping effectiveness has been presented with different operating fluid models as Newtonian and non-Newtonian fluid. The comparison between Newtonain mud model and non-Newtonian mud model is confirmed by the CFD simulation method of drilling mud mixing tank. The results present useful information for the design of the drilling mud mixing tanks and provide some guidance on the use of CFD tool for such non-Newtonian fluid flow.
A new non-destructive fatigue prediction model of the composite laminates is developed. The natural frequencies of fatigue-damaged laminates under extensional loading are related to the fatigue life of the laminates by establishing the equivalent flexural stiffness reduction as a function of the elastic properties of sublaminates. The flexural stiffness is derived by relating the 90-ply elastic modulus reduction, and using the laminate plate theory to the degraded elastic modulus and the intact elastic modulus of other laminates. The natural frequency reduction model, in which the dominant fatigue mode can be identified from the sensitivity scale factors of sublaminate elastic properties, provides natural frequency vs. fatigue cycle curves for the composite laminates. Vibration tests were also conducted on $[{90}_2/0_2]_s$ carbon/epoxy laminates to verify the natural frequency reduction model. Correlations between the predictions of the model and experimental results are good.
The objective of this work is to design Surface Antenna Structure (SAS) and investigate fatigue behavior of SAS that is asymmetric sandwich structure. This term, SAS, indicates that structural surface becomes antenna. Constituent materials are selected considering electrical properties, dielectric constant and tangent loss as well as mechanical properties. For the antenna performance, SSSFIP elements inserted into structural layers were designed fur satellite communication at a resonant frequency of 12.5 GHz and final demonstration article was $16{\;}{\tiems}{\;}8$ array antenna. From electrical measurements, it was shown that antenna performances were in good agreement with design requirements. In cyclic 4-point bending, flexure behavior was investigated by static and fatigue test. Fatigue life curve of SAS was obtained. The fatigue load was determined experimentally at a 0.75 (1.875kN) load level, Experimental results were compared with single load level fatigue life prediction equations (SFLPE) and in good agreement with SFLPE. SAS concept is the first serious attempt at integration fur both antenna and composite engineers and promises innovative future communication technology.
Metal and polymer sandwich composites, which are made of sheet metal sheath and polymer or fiber reinforced plastic core, have been reconsidered as an alternative to sheet metal due to their lightness and multifunctional properties such as damping and sound-proof properties. For the successful applications of these composites, the delamination prediction based on the adhesion strength is important element. In this study, the numerical simulation of the delamination behavior of polymeric adhesive tapes with metallic surfaces was performed using cohesive zone elements and finite element software. The traction-separation law of the cohesive zone element was defined using the fracture energy derived from peel mechanics and experimental results from peel test and implemented in finite element software. The peel test of the polymeric adhesive film against steel surface was simulated and compared with experiments, demonstrating reasonable agreement between simulation and experiment.
Seo, Dae-Cheol;Lee, Duck-Hee;Lee, Jung-Ju;Nam, Soo-Woo;Choo, Wung-Yong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.5
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pp.780-790
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1997
In this study, the stress-strain relations of steels have been calculated as a function of microstructural morphologies of each phase by use of FEM program(i.e. ABAQUS). The mechanical behavior of low carbon steels is affected by the microstructural factors such as yield ratio, volume fraction, shape and distribution of each phase and so on. The effects of shape, volume fraction and yield ratio of each phase on the mechanical behavior were analyzed by using unit cell and whole specimen size models. Results obtained are summarized as follows. As the yield ratio of hard phase to that of soft phase and volume fraction of hard phase were increased, stress level of flow curves were increased. It was found that in whole specimen size model, as the particle size was decreased, higher stress level was shown. Lastly the relationship between microstructure and tensile properties was examined by using the steels with various microstructural morphologies.
Mechanical properties of static and dynamic behavior became important since the use of conical composite tubes in large structures such as aerospace, planes, and submarines as well as leisure goods such as bicycle frames, fishing rods, and golf shafts. In the past, the mechanical property prediction model for static behavior was studied using vibration, bending, and buckling. But there is a need to study how fiber orientation error affects mechanical properties of conical composite structure because the model assumes constant fiber orientation angle. The purpose of this study is to derive an equation that can predict the static behavior of conical composite tube for bicycle frames by considering fiber orientation error with respect to various design parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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