In this paper, the effect of damping ratio on nonlinear dynamic analysis response and dynamic increase factor (DIF) in nonlinear static analysis of structures against column removal are investigated and a modified empirical DIF is presented. To this end, series of low and mid-rise moment frame structures with different span lengths and number of storeys are designed and the effect of damping ratio in DIF is investigated, performing several nonlinear static and dynamic analyses. For each damping ratio, a nonlinear dynamic analysis and a step by step nonlinear static analysis are carried out and the modified empirical DIF formulas are derived. The results of the analysis reveal that DIF is decreased with increasing damping ratio. Finally, an empirical formula is recommended that relates to damping ratio. Therefore, the new modified DIF can be used with nonlinear static analysis instead of nonlinear dynamic analysis to assess the progressive collapse potential of moment frame buildings with different damping ratios.
Dynamic analyses of tunnels are widely performed in practice in Korea. Accurate performance of a dynamic analysis is very difficult, requiring appropriate application of lower and lateral boundary conditions, deconvolution, constitutive model, and selection of dynamic soil properties etc. Lack of a systematic guideline on how to perform the dynamic analysis makes it even more difficult to perform an analysis. In addition, dynamic analyses are not needed in most cases and pseudo-static analyses are more than adequate. However, they are performed without a clear understanding on the need for the dynamic analysis and differences between the two methods. In this study, firstly, a guideline for correctly performing a 2D dynamic analysis is developed. Secondly, the differences in the tunnel responses using dynamic and pseudo-static analyses are discussed and compared. The results show that the discrepancies between the dynamic and static analyses are not significant for most cases. It is therefore recommended that the dynamic analyses be performed at tunnel portal, very soft ground, or in cases where spatial variation of the ground motion needs to be considered in the seismic analysis of tunnels in transverse direction.
Multi-storey frame structures are frequently exposed to static and dynamic forces. Therefore analyses of static (buckling) and dynamic stability come into prominence for these structures. In this study, the effects of number of storey, static and dynamic load parameters, crack depth and crack location on the in-plane static and dynamic stability of cracked multi-storey frame structures subjected to periodic loading have been investigated numerically by using the Finite Element Method. A crack element based on the Euler beam theory is developed by using the principles of fracture mechanics. The equation of motion for the cracked multi-storey frame subjected to periodic loading is achieved by Lagrange's equation. The results obtained from the stability analysis are presented in three dimensional graphs and tables.
In recent years, the use of fiber reinforced polymer composites has increased because of their unique features. They have been used widely in the aircraft and space industries, medical and sporting goods and automotive industries. Thanks to their beneficial and various advantages over traditional materials such as high strength, high rigidity, low weight, corrosion resistance, low maintenance cost, aesthetic appearance and easy demountable or moveable construction. In this paper, it is aimed to determine and compare the geometrically nonlinear static and dynamic analysis results of footbridges using steel and glass fiber reinforced polymer composite (GFRP) materials. For this purpose, Halgavor suspension footbridge is selected as numerical examples. The analyses are performed using three identical footbridges, first constructed from steel, second built only with GFRP material and third made of steel- GFRP material, under static and dynamic loadings using finite element method. In the finite element modeling and analyses, SAP2000 program is used. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta criterion. The numerical results have indicated that the responses of the three bridges are different and that the response values obtained for the GFRP composite bridge are quite less compared to the steel bridge. It is understood that GFRP material is more useful than the steel for the footbridges.
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 of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.109-121
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2004
This paper presents an optimal design method for structure-borne durability of a vehicle body structure. Structure-borne durability design requires a new design that can increase fatigue lives of critical areas in a structure and must prohibit transition phenomenon of critical areas that results from modification of the structure at the same time. Therefore, the optimization problem fur structure-borne durability design are consists of an objective function and design constraints of 2 types; type 1-constraint that increases fatigue lives of the critical areas to the required design limits and type 2-constraint that prohibits transition phenomenon of critical areas. The durability design problem is generally dynamic because a designer must consider the dynamic behavior such as fatigue analyses according to the structure modification during the optimal design process. This design scheme, however, requires such high computational cost that the design method cannot be applicable. For the purpose of efficiency of the durability design, we presents a method which carry out the equivalent static design problem instead of the dynamic one. In the proposed method, dynamic design constraints for fatigue life, are replaced to the equivalent static design constraints for stress/strain coefficients. The equivalent static design constraints are computed from static or eigen-value analyses. We carry out an optimal design for structure-borne durability of the newly developed bus and verify the effectiveness of the proposed method by examination of the result.
In structural optimization, static loads are generally utilized although real external forces are dynamic. Dynamic loads have been considered in only small-scale problems. Recently, an algorithm for dynamic response optimization using transformation of dynamic loads into equivalent static loads has been proposed. The transformation is conducted to match the displacement fields from dynamic and static analyses. The algorithm can be applied to large-scale problems. However, the application has been limited to size optimization. The present study applies the algorithm to shape optimization. Because the number of degrees of freedom of finite element models is usually very large in shape optimization, it is difficult to conduct dynamic response optimization with the conventional methods that directly threat dynamic response in the time domain. The optimization process is carried out via interfacing an optimization system and an analysis system for structural dynamics. Various examples are solved to verify the algorithm. The results are compared to the results from static loads. It is found that the algorithm using static loads transformed from dynamic loads based on displacement is valid even for very large-scale problems such as shape optimization.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.8
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pp.1363-1370
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2003
In structural optimization, static loads are generally utilized although real external forces are dynamic. Dynamic loads have been considered in only small-scale problems. Recently, an algorithm for dynamic response optimization using transformation of dynamic loads into equivalent static loads has been proposed. The transformation is conducted to match the displacement fields from dynamic and static analyses. The algorithm can be applied to large-scale problems. However, the application has been limited to size optimization. The present study applies the algorithm to shape optimization. Because the number of degrees of freedom of finite element models is usually very large in shape optimization, it is difficult to conduct dynamic response optimization with the conventional methods that directly threat dynamic response in the time domain. The optimization process is carried out via interfacing an optimization system and an analysis system for structural dynamics. Various examples are solved to verify the algorithm. The results are compared to the results from static loads. It is found that the algorithm using static loads transformed from dynamic loads based on displacement is valid even for very large-scale problems such as shape optimization.
The performance of steel MRF with rigid connections, proportioned by adopting different capacity design criteria, is evaluated in order to highlight the effectiveness of static non-linear procedure in predicting the structural seismic behavior. In the framework of the performance-based design, some considerations are made on the basis of the results obtained by both dynamic time histories and push-over analyses, particularly with reference to the damage level and the structure ability to withstand a strong earthquake.
Khalid, Muhammad Irslan;Pervaiz, Usman;Park, Duhee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.7
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pp.5-12
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2021
The reliable seismic stability evaluation of the natural slopes and geotechnical structures has become a critical factor of the design. Pseudo-static or permanent displacement methods are typically employed to evaluate the seismic slope performance. In both methods, the effect of input ground motion on the sliding surface is ignored, and failure surface from the limit equilibrium method is used. For the assessment of the seismic sensitivity of failure surface, two-dimensional non-linear finite element analyses are performed. The performance of the finite element model was validated against centrifuge measurements. A parametric study with a range of input ground motion was performed, and numerical results were used to assess the influence of ground motion characteristics on the sliding surface. Based on the results, it is demonstrated that the characteristics of input ground motion have a significant influence on the location of the seismically induce failure surface. In addition to dynamic analysis, pseudo-static analyses were performed to evaluate the discrepancy. It is observed that sliding surfaces developed from pseudo-static and dynamic analyses are different. The location of the failure surface change with the amplitude and Tm of motion. Therefore, it is recommended to determine failure surfaces from dynamic analysis
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[게시일 2004년 10월 1일]
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